關(guān)于壓電陶瓷的研究與想法

如今，壓電在日常電子設(shè)備中的應(yīng)用正以令人興奮的速度增長。壓電一詞可以追溯到古希臘語，其含義是指按壓、推動和擠壓的活動。追溯到 1880 年，皮埃爾和雅克居里兄弟的創(chuàng)新工作，壓電效應(yīng)是指特定材料在受到機械應(yīng)力時產(chǎn)生電荷的能力。所以請注意，壓電效應(yīng)一詞與機械壓力作用于某些晶體（特別是石英或羅謝爾鹽）所產(chǎn)生的電有關(guān)?，F(xiàn)在我們也知道靜電應(yīng)力會導(dǎo)致晶體的線性尺寸發(fā)生變化。在這里，我的拙劣意圖是提供一些與常見壓電陶瓷盤相關(guān)的實用提示。首先，得益于人造壓電材料——尤其是壓電陶瓷的發(fā)展！

壓電陶瓷圓盤/壓電揚聲器/無源壓電蜂鳴器…

壓電效應(yīng)是雙向的——如果你施加電壓，壓電就會伸展，如果它伸展，就會產(chǎn)生電壓。因此，壓電既可用于播放音調(diào)，也可用于檢測音調(diào)。

接下來是從官方數(shù)據(jù)表中快速剪下的帶有空腔外殼的 27mm ? 壓電陶瓷盤。實際上，與沒有外殼的普通陶瓷盤/元件相比，帶有空腔外殼的壓電陶瓷盤/元件將產(chǎn)生更高的聲輸出。

據(jù)中國網(wǎng)絡(luò)資料顯示，壓電陶瓷圓盤也被稱為“蜂鳴片”，是使用最廣泛的壓電陶瓷之一。它是音樂賀卡、會說話的鑰匙鏈、電子玩具和禮品中常用的壓電“揚聲器”的關(guān)鍵部件。是的，現(xiàn)在我可以回憶起很久以前（在我的學生時代），有一些有趣的電子生日賀卡和相冊在打開時通過一個薄壓電揚聲器開始播放小旋律。我相信今天你可以很容易地從你最喜歡的在線零售商那里買到它們。

壓電陶瓷圓盤幾乎適用于所有需要從小型電子電路有效產(chǎn)生聲音的應(yīng)用。除了技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用之外，這些類型的輕量級和薄型電聲換能器現(xiàn)在被電子愛好者和制造商廣泛使用，甚至在他們基于微控制器的項目中也是如此。如果您是 Arduino 的狂熱愛好者，那么您可以在 Arduino 世界（也在本網(wǎng)站上）看到無數(shù)帶有壓電換能器 (PZT) 的音樂電子項目，因為使用?。ê头谴判裕弘娡ǔ８鼘嵱锰沾傻皇怯帽恐兀ê痛判裕┑膫鹘y(tǒng)揚聲器播放。

不厭其煩地學點東西……

您也可以使用 Arduino Uno(R3) 微控制器和普通的 35mm 壓電陶瓷盤來構(gòu)建一個小旋律發(fā)生器。只需按此處所示連接壓電陶瓷盤，上傳給定的 Arduino Sketch（代碼），然后開始播放。

如果你做到了，恭喜，但你不可能得到有效的結(jié)果——我想，你能聽到的只是微弱的聲音。坦率地說，我以前也嘗試過這個項目，運氣為零！

自然，那一刻我感到很沮喪，但我確實在搜索過程中發(fā)現(xiàn)，雖然有些壓電材料產(chǎn)生的輸出比其他材料多，但它們都相對較低。 是的，為了優(yōu)化它們的使用，通常需要外部電路。 以下是我后來從中文數(shù)據(jù)表中獲得的更好的壓電驅(qū)動電路（我注釋只是為了節(jié)省您很多時間）。

看起來您會通過這種修改獲得豐富的聲學輸出，但我對實際結(jié)果感到擔憂。 事實上，我得到的只是更高的輸出，即使是 9V，也不足以解渴。 盡管如此，我非常古老的中國磁性門窗報警器通過類似的壓電陶瓷盤返回其刺耳 (90-110db) 輸出！ 背后究竟發(fā)生了什么？

最后，我拆解了我的中文鬧鐘，發(fā)現(xiàn)有一個特殊的 3 針電感用于驅(qū)動壓電陶瓷盤（如下所示）。 經(jīng)過一番谷歌搜索后，我發(fā)現(xiàn) 3 引腳電感器通常被稱為“3 引腳警報升壓電感器”——實際上是一個額定總電感接近 100mH 的小型“自耦變壓器”。

由于警報升壓電感器目前不是我觸手可及的組件，因此我擴展了我的谷歌搜索以找到一種替代方法來大聲驅(qū)動壓電，并最終帶來了另一個經(jīng)過驗證的技巧（這對我來說是一個巨大的挑戰(zhàn)和樂趣） 為我的實驗尋找最便宜和最簡單的零件）。 增強的想法不過是用一個合適的鼓芯功率電感器代替之前電路中的電阻器（跨壓電）。

通常選擇電感器的值以與壓電陶瓷盤在其聲共振時的電容發(fā)生電共振（10-50mH 似乎對大多數(shù)壓電陶瓷盤給出最佳結(jié)果）。 這種方法可以提供比電阻技巧更多的聲學輸出，但是，壓電陶瓷盤上的峰峰值電壓可能會增加很多倍——40 到 80Vp-p 是 5VDC 電源的更典型值。 因此，請確保驅(qū)動器晶體管的集電極-****極擊穿電壓 - Vce(breakdown) - 足夠高以支持。

我確信有大量合適的 BJT 可用于此應(yīng)用程序。 幸運的是，我有幾個舊的 MPSA42 晶體管（見下文）來嘗試新的改進以及 47mH 的“搶救”鼓芯電感器。 相信我，“外露”的 35 毫米壓電陶瓷圓盤是一種令人耳目一新的體驗！ 現(xiàn)在可以肯定的是，通過采用這種簡單的方法，我們可以輕松地以最少的時間和精力最大化壓電陶瓷盤的輸出。 驚人的！

腔體魔術(shù)！

如果您聆聽桌面鬧鐘、計算機主板等中通常使用的小型壓電揚聲器/蜂鳴器，您肯定會從按鈕大小的無源換能器中感受到非常響亮的聲功率。 它的秘密是什么？ 沒什么，它們通常具有放大聲音的諧振腔 - 是的，外殼對于最佳輸出很重要。 簡而言之，壓電陶瓷盤應(yīng)安裝在腔體中以產(chǎn)生高聲壓級（SPL）。

多層壓電揚聲器？

多層壓電揚聲器具有多個振動壓電元件。 振動元件設(shè)計為具有不同的諧振頻率，因此與傳統(tǒng)壓電揚聲器相比，這種組合將確保在可聽范圍內(nèi)具有更平坦的頻率響應(yīng)。 多層壓電揚聲器的有效帶寬通常在200-500Hz和20kHz之間。 正因為如此，多層壓電揚聲器能夠比傳統(tǒng)壓電揚聲器更好地再現(xiàn)音樂和聲音，傳統(tǒng)壓電揚聲器的頻率響應(yīng)通常被縮減到 3-4kHz 范圍內(nèi)諧振頻率兩側(cè)的幾百赫茲。

這篇文章不一定是關(guān)于壓電陶瓷盤的詳盡論文。 相反，它分享了一些想法，通過這些想法可以輕松地將普通壓電陶瓷盤驅(qū)動到高聲輸出。 我當然會準備這篇文章的續(xù)集，也許會包含更多關(guān)于腔體、調(diào)諧管和驅(qū)動器設(shè)計數(shù)學的想法。 最后，我希望你喜歡這篇小文章（如果你遵循正確的話）。 如果您有任何建議，或者如果您對這個主題感到困惑，請在下面發(fā)表評論！

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