【導讀】我不想詳述壓電物理
；這是一個廣泛的主題，相關信息部分（上麵）中列出的第二篇文章提供了很好的介紹。歸根結底
，壓電效應是連接機械世界和電氣世界的橋梁。

壓電效應

我不想詳述壓電物理；這是一個廣泛的主題，相關信息部分（上麵）中列出的第二篇文章提供了很好的介紹。歸根結底
，壓電效應是連接機械世界和電氣世界的橋梁。

您可以對晶體管
、LED、電dian阻zu器qi等deng施shi加jia所suo有you類lei型xing的de物wu理li力li，這zhe樣yang做zuo可ke能neng不bu會hui產chan生sheng任ren何he有you用yong的de功gong能neng。壓ya電dian設she備bei是shi個ge例li外wai。它ta們men的de電dian行xing為wei以yi一yi種zhong可ke預yu測ce的de方fang式shi對dui機ji械xie應ying力li作zuo出chu反fan應ying，聰cong明ming的de人ren已yi經jing發fa現xian了le多duo種zhong將jiang這zhe種zhong現xian象xiang納na入ru技ji術shu世shi界jie的de方fang法fa。

在壓電材料中，晶體結構的物理變形（如圖所示）會導致材料產生電荷。

壓電換能器

“換能器”一詞通常是指在物理領域和電氣領域之間進行轉換的設備。詞源可能會幫助您記住其含義：在拉丁語中
，ducere 的意思是“領導”，而trans 的意思是“跨越、超越

、在另一邊”。因此，換能器是引導信號跨越邊界的東西，例如，機械變化與電氣變化分開。

換能器不一定是傳感器。嚴格來說，電機或螺線管是傳感器，因為它將電信號轉換為機械運動。但是，在我看來
，“傳感器”一詞主要用於描述將物理量轉換為電信號的設備，即傳感器。

當我們考慮壓電效應的性質時，壓電設備可以用作力傳感器就不足為奇了：壓電材料的使用使傳感器能夠以可靠且可預測的方式響應由施加的力引起的機械應力，或通過壓力或加速度（兩者都與力有關）。

模擬壓電換能器

產生電荷

我們可能認為壓電是一種將機械應力轉化為電壓的效應，但在我看來更準確的解釋如下：壓電換能器響應機械應力產生電荷。施加在壓電材料上的力與產生的電荷量之間的數學關係由一個係數決定，該係數用 d 表示

，單位為庫侖每牛頓。（該值的名稱之一是“壓電電荷常數”

，但至少使用了三個不同的術語；我將其稱為“係數”或“壓電係數”。）因此，如果壓電材料具有係數每牛頓 200 皮庫侖
，它將產生 200 × 10 –12響應 1 牛頓的施加力的庫侖電荷。

標準電路圖不包括“充電源”；這兩個選項是電壓源和電流源。幸運的是，我們可以根據壓電換能器產生的電荷輕鬆創建電流源。

首先，我們需要記住
，電流（以安培為單位）是每秒流過電路給定部分的電荷量（以庫侖為單位）。如果我們將這個陳述翻譯成數學語言，我們可以說電流是電荷的變化率——即導數：

I=dQdtI=dQdt

其qi次ci
，我wo們men必bi須xu認ren識shi到dao壓ya電dian換huan能neng器qi產chan生sheng的de電dian荷he不bu是shi靜jing止zhi的de。如ru果guo設she備bei連lian接jie到dao電dian路lu
，電dian荷he就jiu會hui移yi動dong
，從cong而er變bian成cheng電dian流liu。這zhe意yi味wei著zhe我wo們men可ke以yi使shi用yong電dian流liu源yuan為wei壓ya電dian器qi件jian建jian模mo，電dian流liu值zhi等deng於yu電dian荷he的de導dao數shu。

加入電容

壓電材料產生的電荷通過兩個電極引入電路。由此產生的物理配置是這樣的：

如您所見，電極形成一個電容器

，這個電容成為設備等效電路的組成部分：

如果我們回憶一下電容電路中電壓和電流之間的關係
，我們可以計算等效電路的輸出電壓
，在圖中標記為 V OUT 。電壓等於電流對時間的積分除以電容：

V = 1攝氏度∫ I d t V=1C∫I dt

由於我們等效電路中的電流源等於電荷對時間的導數，我們有

V O U T = 1 C∫ d Q d t d t = Q CVOUT=1C∫dQdt dt=QC

其中 C 是與電流源並聯的任何電容的值（我們將在下一篇文章中回到這一點）。我們在上麵看到，壓電設備產生的電荷等於施加的力乘以壓電係數
，因此 V OUT與施加的力除以電容成正比。

結合阻力

壓電換能器的電流源加電容模型適用於“動態”傳感應用——換(huan)句(ju)話(hua)說(shuo)
，涉(she)及(ji)本(ben)質(zhi)上(shang)瞬(shun)態(tai)或(huo)連(lian)續(xu)變(bian)化(hua)的(de)物(wu)理(li)條(tiao)件(jian)的(de)應(ying)用(yong)。如(ru)果(guo)我(wo)們(men)希(xi)望(wang)模(mo)型(xing)更(geng)準(zhun)確(que)地(di)作(zuo)為(wei)壓(ya)電(dian)功(gong)能(neng)的(de)一(yi)般(ban)表(biao)示(shi)
，我(wo)們(men)需(xu)要(yao)添(tian)加(jia)一(yi)個(ge)並(bing)聯(lian)電(dian)阻(zu)：

yadiancailiaohuixiangyingjixieyinglichanshengdianhe，danzhezhongdianhebuhuiyongyuancunzai。xiangfan
，cailiaobenshenqidaodaozhidianhezhujianjianshaodexieloulujingdezuoyong。womenkeyitongguozaidengxiaodianluzhongtianjiayigebingliandianzulaijieshizhezhongxingwei。

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