聲波濾波器基礎(chǔ)——神奇的壓電效應(yīng)

大家好，我是RF小木匠

我們?cè)谥暗奈恼轮薪榻B了一些關(guān)于聲波濾波器的知識(shí)，從什么是聲波，到聲表面波，再到聲表面波濾波器的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然這里面也介紹了一些體聲波濾波器。當(dāng)然都是泛泛之談，我們期望從器件的根源著手，詳細(xì)去分析講解。當(dāng)然這里面也遺漏了一個(gè)重要的原理：壓電效應(yīng)和壓電陶瓷，這個(gè)就是電磁波怎么變成為聲波的原理。今天我們嘗試著去解開壓電效應(yīng)的奧秘。

壓電效應(yīng)有個(gè)比較拗口的英文名字：Piezoelectric（pa?,izo?'lektr?k），這個(gè)單詞我現(xiàn)在還不會(huì)讀。還好國人給了它一個(gè)形象的名字：壓電，這里面包含了壓力和電，這也就形象的描述了這個(gè)特性，受到壓力產(chǎn)生電流，如下圖所示：

也足以看到中國文字的博大精深，什么Piezo，源自希臘又怎么樣，你要標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的來自英國就應(yīng)該叫做：Press-electric，這不就明白了嗎？簡而言之：壓電效應(yīng)就是當(dāng)晶體受到擠壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流，反過來，當(dāng)向晶體施加電流時(shí)，晶體形狀也會(huì)發(fā)生變化。

神奇不？這么神奇的東西哪里有呢？其實(shí)壓電晶體就在我們的身邊，我們?nèi)粘Ｓ玫氖⒈恚?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1568895.html">揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)都含有壓電晶體，還有一個(gè)就是我們生活中最常用的電子打火機(jī)，就用到了壓電晶體。

你可能會(huì)有所懷疑，這么神奇的東西居然這么普遍？是的，打火機(jī)的工作原理是什么呢？請(qǐng)看下圖：你手一按，產(chǎn)生壓力，然后壓電晶體產(chǎn)生電流，在開路處產(chǎn)生電火花，打火機(jī)就打著了。

小時(shí)候，肯定有不少男生拿著這個(gè)欺負(fù)小女生。被這個(gè)電一下確實(shí)蠻疼的。

我們簡單了解了壓電效應(yīng)之后，那么壓電晶體到底是個(gè)什么玩意呢？顧名思義，壓電晶體，就是具有壓電效應(yīng)的晶體。這里要從晶體的構(gòu)造說起。規(guī)則晶體由通過鍵結(jié)合在一起的原子的組織和重復(fù)結(jié)構(gòu)定義，這稱為晶胞。大多數(shù)晶體（例如鐵）具有對(duì)稱的晶胞，這使其無法用于壓電目的。如下圖所示：

但是壓電晶體卻比較特殊，它的晶胞是不對(duì)稱的。但是它仍然可以以電中性平衡存在。但是呢，當(dāng)你在晶體表面施加壓力時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)變形，原子就會(huì)互相推擠，就可以產(chǎn)生電流，這就完成了機(jī)械力到電的轉(zhuǎn)變。當(dāng)你對(duì)壓電晶體施加電流時(shí)，晶體就會(huì)膨脹和收縮，就可以實(shí)現(xiàn)電流到機(jī)械能的轉(zhuǎn)變。

這種壓電材料有很多種，我們?cè)陔娮釉O(shè)計(jì)中最常用的是石英晶體，還有一些天然的壓電材料包括蔗糖，羅謝爾鹽，黃玉，電氣石，甚至骨骼。

但是天然材料很多應(yīng)用比較受限，所以人們有制造了很多人造壓電材料，比如PZT由鋯鈦酸鉛制成，在相同的機(jī)械壓力下可以產(chǎn)生比石英更高的電壓，下圖就是在超聲波中使用的PTZ壓電材料。

鈦酸鋇是一種陶瓷壓電材料，在第二次世界大戰(zhàn)期間被發(fā)現(xiàn)，并以其持久的耐用性而聞名。

鈮酸鋰是將氧，鋰和lithium結(jié)合在一起的陶瓷材料，其性能與鈦酸鋇相似。

正因?yàn)橛辛诉@些壓電材料，我們才能將壓電效應(yīng)發(fā)揮的極致，制做揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)。

當(dāng)然還有醫(yī)院的B超。

當(dāng)然也構(gòu)成各種聲波濾波器的物理基礎(chǔ)

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