【電路賞析】壓電換能器電路

特殊的晶體比如鈦酸鋇，石英和鉭酸鋰等，在特殊條件下施加壓力後能產生電能。它們也能將施加的電信號轉換為振動。因此它們在許多應用中常被用作換能器。它們也被稱為壓電材料。因此，一個壓電換能器在被施加壓力後能產生電壓，反之也成立。首先，讓我們來看看壓電換能器的應用。

壓電效應

1.機械應力分析儀

最常見的應用就是用於建築支柱上的應力分析儀，晶體上的壓力與測得的電壓成比例，因此可以計算出對應的應力。

2.打火機

氣體打火機同樣遵循壓電效應，瞬間按下的開關會產生電脈衝。

壓電效應是指某些材料在受到外部應力時電極化會發生改變。

逆壓電效應

1.石英手錶

在我們的手錶內，都有著如振蕩器一般工作的石英諧振器。其組成元素為二氧化矽。施加在晶體間的電信號會使其產生周期振動，也就一併控制著其中齒輪的轉動。

2.壓電式蜂鳴器

蜂鳴器常用於倒車提示，電腦等應用中。在這些應用中，於晶體上施加一定強度和頻率的電壓會使它們產生振動。該振動可以繞到一處開孔較小的空間內，從而造成可以聽見的聲響。

逆壓電效應是指某些特定材料處於電場下生成的應力和形變。

壓電換能器

壓電換能片

上圖是一個便宜的三引腳壓電換能器，運用於以下12V的壓電蜂鳴器中。其黑色封裝就是它用來產生聲音的結構。

壓電蜂鳴器

壓電蜂鳴器的內部電路

運用壓電換能器將力轉換為電能

我們可以用壓電換能片來試驗一下，看看壓電效應是如何將力轉換為一個微小電壓信號的。我們來嘗試存儲力或者壓力而產生的能量。

焊接引腳：

將導線焊接至壓電換能器上是它們的主要用法之一。但要注意不要過熱了，因為哪怕溫度不高的情況下加熱幾秒都有可能融化其表面。就該試驗而言，我們只需要正負兩個引腳即可。

運作原理：

重複施力按在壓電換能器上時，它會產生一段非連續或是交替的輸出。因為它必須被整流後才能成為可以使用的直流電，才能實現存儲。而為了高於80%的整流效率，我們打算使用全波真牛器。我們可以自行使用4個二極體的整流橋配置，也可以直接使用RB156這種內置整流橋的元件。

此處的計劃是將壓電換能器傳來的交替輸出轉換為直流，並存儲在輸出電容內。存儲能量通過可控輸出用LED來消耗，因此存儲能量的消耗是可以看見的。

壓電換能器電路原理圖

以下使我們壓電換能器電路的原理圖，觸摸開關閉合後存儲在電容裡的能量會經由LED來消耗。

如果想要存儲更多能量的話需要提高輸出電容的容值，與此同時壓電換能器的數量也需要增加。這裡使用的是一個47uF的電容。

實際測試

我們使用兩片壓電換能器從而在短期存儲更多的能量。持續輕拍換能器來產生能量。

一旦達到所需電平後，我們按下觸摸開關可以看到LED會亮起一段時間。

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