压电陶瓷片的工作原理和性能参数

     压电陶瓷片是 电子爱好者使用最为普遍的一种能够逆向换能的电声器件，它既可用作发声器（“电一声”转换），又能用作声音检拾器（“声一电”转换），还可作为力敏 传感器等，其特点是结构简单、超薄型（一般厚度小于1mm）、功耗低、灵敏度高、可逆向转换信号、耐高压（即使两端施加100V电压也安然无恙）、不易损坏、价格便宜、使用方便。

    压电陶瓷片用途非常广泛，其派生产品种类较多，功能不一，品种五花八门！熟悉和掌握压电陶瓷片的特性、参数和识别方法等，是很有必要的。

     结构及特点

    压电陶瓷片是用一种叫做锆（gao）钛酸铅或铌(ni)镁酸铅的特殊人工合成陶瓷材料制造的。常见的压电陶瓷片大多做成图23-1所示的很薄的圆片，它的一面烧结在具有良好弹性的圆形薄黄铜（或不锈钢）基片上，另一面镀上一层薄银。金属基片和镀银层即为压电陶瓷片的两个电极。

    压电陶瓷片的基本特性是具有“压电效应”，即：压电陶瓷片在受到来自垂直方向的外来压力时，随着片子的弯曲变形（几何形状发生改变），在其两电极面会产生电压，并且电压大小与压力变化成正比。利用这个特性，可以将压电陶瓷片作为压力变化（或振动波）传感器，通过电子电路对某处受力情况的瞬时改变进行监控等，这在实践中是很有用的。相反，如果在压电陶瓷片的两个电极面加上直流电压时，片子就会产生相应的机械变形（即“逆压电效应”）。改变所加电压的极性和大小，片子形变的方向和强度也随之改变。可想而知，如果加在压电陶瓷片上的是交变或脉冲电压，片子就会随之产生振动。当外加电压频率与陶瓷片固有的谐振频率相同时，所产生的振动最为强烈。常见的压电陶瓷片谐振频率为2.2 - 20kHz，在电路中常将它们作为“电一声”换能元件，用于对发音质量要求不是很高的电路中，人们喜爱的音乐贺卡就是用压电陶瓷片发声的。某些谐振频率较高的压电陶瓷片，还可用作超声波换能器等。

    大家知道，声音是依靠空气的振动来传播的，当我们对着压电陶瓷片说话时，声波的压力便会为压电陶瓷片所感受，就会被转换为相应的电压变化，以微弱的电能形式输出。这样，我们就可以将压电陶瓷片作为“声一电”换能元件，用在声音检拾、声控等电路中。

    压电陶瓷片结构简单，换能效率高，占用空间小，安装使用都很方便。，由于构成压电陶瓷片的陶瓷材料直流电阻非常大，可视为绝缘体，这样陶瓷片两面的银层和金属片无形中便构成了 电容器的两个极板，并且面积越大，电容量也越大。所以，压电陶瓷片呈电容特性，其电容量为4000pF ~ 0.05pF。

     外形和种类

    常用压电陶瓷片的外形几乎全部是圆薄片形状，其金属基片材料主要有弹性良好的黄铜片和不锈钢片两种，金属基片直径有Φ12mm、Φ16mm、Φ20mm、Φ27mm、Φ30mm、Φ35mm、Φ41mm、Φ50mm、Φ56mm……多种。大多数压电陶瓷片只有图23-2 (a)所示的两个电极（即镀银面和金属基片），但某些压电陶瓷片的镀银面被分割成 图23-2( b)所示的一大一小两部分，形成主电极和副电极（也称反馈极），加上金属基片电极，就成为三电极压电陶瓷片（也称“三端压电陶瓷片”）。这种特殊的三电极压电陶瓷片，是专门配合具有反馈接线的振荡器电路设计生产的，在成品压电陶瓷蜂鸣器中得到广泛应用。
    常见的压电陶瓷片厂家大多都配带有简易的塑料或金属助声腔盖（也叫共振腔盖或共鸣腔盖），如图23-2( c)所示，其作用是在压电陶瓷片与助声腔盖之间形成一个共鸣腔，显著增大压电陶瓷片的发声音量或改善检拾声波信号的灵敏度。实际上各种电子产品中使用的压电陶瓷片，大多数都离不开这种简易助声腔盖。

     参数与型号

    表征压电陶瓷片各项性能指标的参数主要有谐振频率f0、谐振电阻月。、电容量C等，另外还有反映外部尺寸大小的金属片直径D、陶瓷片直径d和总厚度7．等。一般D越大，则压电陶瓷片的低频特性越好。阻抗与d/D的比值有关，该值越小，则阻抗越高。表23-1列出了部分国产压电陶瓷片的主要参数，仅供参考。

表23-1  部分国产压电陶瓷片的性能参数
型号	性能参数			尺寸			基片 材料
	谐振频率 fo（kHz）	谐振电阻 Ro(Ω)	电容量C(Pf)	金属片直径 D（mm）	陶瓷片直 径d(mm)	总厚度T(mm)
FT-10-20AT	20土1.5	≤500	1000土20yo	10土0.3	7土0.3	0.25士 0.08	黄铜
FT-16-10AT	10土1.2	≤500	4000土20%	16土0.3	12土0.3	0.25 士0.08	黄铜
FT-20-6.6AT	6.6土1.0	≤200	10000土30%	20土0.3	14.7土0.3	0.45 士 0.12	黄铜
FT-20-6.6BT	6.6土1.0	≤200	8000土30%	20土0.3	14.7土0.3	0.45 士 0.12	黄铜
FT-27-4.OAT	4.0土0.6	≤150	20000土30%	27土0.3	20.1 土0.3	0.54 士 0.12	黄铜
FT-27-4. 1 BT	4.1 土 0.7	≤200	14000土30%	27土0.3	20.1 土0.3	0.54 士 0.12	黄铜
FT-35-2.6AT	2.6土0.5	≤150	30000土30%	35土0.3	24.8 土 0.4	0.54士0.12	黄铜
FT-35-2.6BT	2.6土 0.5	≤200	30000土30%	35土0.3	24.8 土 0.4	0.54 士 0.12	黄铜
FT-41 -2.2AT	2.2土0.4	≤200	50000土30%	41土0.3	35土0.4	0.54士0.12	黄铜
FT-10-21AG	21土1 .5	≤500	1000土20%	10土0.3	7土0.3	0.25 士 0.08	不锈钢
FT-20-7.OAG	7土1.0	≤200	10000土30%	20土0.3	14.7土0.3	0.45士0.12	不锈钢
FT-20-7.OBG	7土1.0	≤200	8000土30%	20土0.3	14.7土0.3	0.45士0.12	不锈钢
FT-27-4.3AG	4.3土0.6	≤150	20000土30%	27土0.3	20.1 土 0.3	0.45士0.12	不锈钢
FT-27-4.1BG	4.1土 0.7	≤200	14000土30%	27土0.3	20.1 土0.3	0.45 士 0.12	不锈钢
FT-32-4.5AG	4.5土0.6	≤200	20000土30%	32土0.3	20.1 土0.2	1.2 士 0.12	不锈钢
FT-35-2.9AG	2.9土0.5	≤150	30000土30%	35土0.3	24.8土0.4	0.45 士 0.12	不锈钢
FT-35-2.9BG	2.9土 0.5	≤200	30000土30%	35土0.3	24.8土0.4	0.45 士 0.12	不锈钢
HTD20A-1	6	≤150	<20000	20	14	0.4	黄铜
HTD27A-1	4.5	≤150	<30000	27	20	0.55	黄铜
HTD35A-1	2.9	≤150	<40000	35	25	0.55	黄铜

    国产FT系列压电陶瓷片的型号命名格式和含义如图23—3所示。其字母“FT”表示压电陶瓷片，后面的第一个空格位置是一组数字，表示压电陶瓷片的直径，单位是mm;第二个空格位置也是一组数字，表示压电陶瓷片的谐振频率 fo，单位是kHz;第三个空格位置是字母“A”或“B”，主要区分同一型号中谐振电阻 Ro或电容量 C等参数的不同；最后面的空格位置用字母区别压电陶瓷片金属基片材料，其中“T”代表黄铜片， “G”代表不锈钢片。显然，使用者通过型号就能够直接掌握到压电陶瓷片的直径大小、谐振频率、基板材料等主要特征参数。但许多场合往往省略掉型号格式后面3个空格位置的内容，将型号简化为“FT-口”格式，如FT-27、FT-35等。这时，通过型号就仅能获知压电陶瓷片的直径大小这一项参数了。

    另外，早期国产的压电陶瓷片还采用了“HTD口口一口”格式命名型号，常见型号有HTD20A-1、HTD27A-1、HTD35A-1等，其中的字母“HTD”表示“压电陶瓷片”，数字“20”、“27”和“35”分别表示压电陶瓷片的直径，单位是mm。

     电路符号

    普通压电陶瓷片在 电路图中的表示符号见图23-4左边，即在一个方形线框（表示陶瓷片）的对应两侧画出两条平行线，表示呈现电容特性的两个电极；在平行线的中点位置各画出两根垂直线，作为元件的电极引线。如果是三电极的压电陶瓷片，其图形符号如法炮制，采用图23-4右边所示的符号表示。注意表示压电陶瓷片镀银层的主、副电极画在同一侧，并且主电极较长、副电极稍短。

    图形符号的旁边注明文字符号“B”（或BC）以及元件的型号。若电路图中有多个相同的文字符号出现时，按常规就在文字符号后面或右下角标出自然数字，以示区别，如B1、B2.....