Пьезоэлектрический эффект и его применение

На этом братья исследователи не остановились и через небольшой временной промежуток сгенерировали идею обратного пьезоэлектрического эффекта. Котиорый заключается в том что к кристаллу приложили электрического поля, которое привело к механической деформации исследуемого объекта.

Термин пьезоэлектричество позаимствован из греческого слова «пьезо», что в переводе навеликий и могучий, на котором рпазговаривал Ленин, обозначает сжатие. Стоит добавить, что от древнегреческого слова «янтарь» произошло слово слово «электричество». А ведь янтарь тоже в некоторых случаях являтся источником электричества. «Совпадение?, не думаю».

Многие устройства электроники используют в принципах своей работы пьезоэлектрический эффект. Например, микрофоны распознают звуковые колебания именно на базе упомянутого выше по тексту эффекта. Пьезоэлектрический кристалл в микрофонах "магическим образом" преобразует звуковую волну в электрический сигнал, с которым могут работать такие привычные нашему глазу смартфоны, планшеты и другие продвинутые и не очень гаджеты.

Появление многих технологий стало возможно благодаря этому эффекту. Например, гидролокаторная технология использует чувствительные звуковые датчики, созданные на явлении пьезоэлектрического эффекта.

Прямой пьезоэлектрический эффект

Чтоб воспроизвести это явление на практике пьезоэлектрический керамический или кристаллический материал устанавливают между двумя металлическими пластинами - электродами. Для генерации напряжения между электродами требуется приложить механическую силу (разжать или сжать). При этом на электродах начинает генерироваться разность потенциалов:

Такой кварц с прямым пьезоэлектрическим эффектом, можно условно считать миниатюрным аккумулятором. Микрофоны, гидролокаторы, датчики давления и другие чувствительные приборы используют прямой эффект для своей непосредственной работы.

Обратный пьезоэлектрический эффект

Как мы уже писали в начале нашей лекции, что существует явление и обратного пьезоэлектрического эффекта. Он состоит в том, что при приложении разности потенциалов к пьезоэлектрическому элементу начнется процесс механической деформации, под которой пьезоэлектрический компонент будет сжиматься или расширяться:

Обратный пьезоэлектрический эффект широко используется при разработке небольших акустических устройств. Они нашли наиболее широкое применение в мобильных телефонах и смартфонах. Хотя этот эффект часто используют в медицинской ультразвуковой технике и при работе гидроакустических датчиков.

Используют обратный пьезоэлектрический эффект в современном мире также и для генерации и воспроизведения звуковых коллебаний. При подаче напряжения к динамикам и зуммерам они под действием приложенного напряжения начинают вибрировать и таким образом образуется звуковая волна.

Пьезоэлектрические динамики получили свое широкое распростронение в будильниках или простейщих акустических системах.

Также на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта работают такие интересные устройства, как пьезодрайверы. Они способны преобразовывать низкое напряжение аккумуляторной батареи в высокое для питания силовых устройств. Пьезодрайверы помогают получить огромные значения синусоидального напряжения.

Пьезодрайвер получает низкое напряжение от аккумулятора и повышает его с помощью усилителя. Осциллятор подает на вход драйвера синусоидальное напряжение небольшой амплитуды, которое повышается и отправляется на пьезоустройство.

Устройство и принцип работы кварцевого резонатора

Принцип работы такого известного элемента из микроэлектроники как кварцевого резонатора базируется на пьезоэлектрическом эффекте. В устройстве любого резонатора заложена кварцевая пластина. Она изготавливается из разновидностей кремнезема SiO2. Для изготовления резонаторов подходит только низкотемпературный кварц, который обладает отличными пьезоэлектрическими свойствами и характеристиками. В природе он широко распространен как в виде кристаллов, так и бесформенной гальки.