Для точного генерирования сигналов или детектирования механических колебаний применяют компоненты на основе пьезоэффекта. Они преобразуют механическую деформацию в электрический заряд и наоборот. В схемах их часто включают в цепи обратной связи или как датчики вибрации.
При подключении учитывайте полярность: механическое сжатие генерирует положительный заряд на одном контакте и отрицательный на другом. Для усиления сигнала используйте операционный усилитель с высоким входным сопротивлением (≥1 МОм), чтобы минимизировать утечку тока.
Частотный диапазон зависит от толщины пластины. Например, кварцевый резонатор на 32 кГц имеет толщину около 0,1 мм. Для высокочастотных применений (ультразвуковые излучатели) выбирайте керамические варианты с резонансом от 1 МГц.
Содержание материала
Как работает и изображается пьезокомпонент
Физическая основа преобразования
Кристаллические структуры, такие как кварц или керамика PZT, генерируют заряд при механическом воздействии. Деформация вызывает смещение ионов, создавая разность потенциалов на электродах. Коэффициент d33 (пьезомодуль) определяет эффективность преобразования – для PZT он достигает 500 пК/Н.
Графическое отображение в документации
В ГОСТ 2.730-73 компонент обозначается прямоугольником с двумя линиями, символизирующими электроды. Вертикальная черта внутри указывает на полярность. Для излучателей добавляют стрелку, направленную от корпуса.
Пример подключения: В генераторах частоты кристалл включают между базой и коллектором транзистора, параллельно добавляя конденсатор 10-30 пФ для стабилизации колебаний.
Механизм преобразования энергии в электрических цепях
Типовые параметры: выходное напряжение 0.1-100 В при деформации 0.01-1%, ток до 20 мА. Керамические варианты (PZT-5H) выдают 50 мВ/Н, кварцевые – 12 мВ/Н. Для усиления сигнала применяйте операционные усилители с входным сопротивлением свыше 1 МОм.
В обратном режиме подайте напряжение 5-200 В на электроды – возникнет механическое смещение. Коэффициент преобразования достигает 0.5 нм/В для дисковых конструкций диаметром 10 мм. Избегайте постоянного смещения свыше 0.2% от толщины – это вызывает деградацию материала.
Максимальная эффективность достигается при резонансе. Для расчета резонансной частоты используйте формулу: f = 1/(2π√(LmCm)), где Lm – механическая индуктивность (0.1-10 Гн), Cm – ёмкость (1-100 пФ). Погрешность настройки не должна превышать ±5%.
Как маркируется пьезоэлектрический компонент по ГОСТ
Для излучателей и датчиков применяется дополнительная графическая деталь: вертикальная линия с засечками, пересекающая прямоугольник. Количество черточек зависит от типа конструкции – одна для мономорфных, две для биморфных моделей.
Если компонент встроен в резонатор, прямоугольник помещают между двумя параллельными линиями, символизирующими обкладки. Допускается добавление частотных параметров рядом с условным знаком.
