Viena no mūsdienu elektronikas un elektrotehnikas problēmām ir elektriskās strāvas pārveidošana mehāniskā kustībā un otrādi. Tas rodas mehāniskās kustības un elektriskās strāvas atšķirīgā rakstura dēļ. Šīs problēmas risināšanai ir dažādas pieejas, katrai no tām ir sava ierīču klase. Tālāk tiek aplūkota pjezoelektriskā tehnika.
Pjezoelektriskā efekta būtība un tā galvenās īpašības
Pirmos ziņojumus par pjezoelektrisko efektu 1880. gadā Francijā publicēja brāļi Kirī. Viņi atklāja, ka kvarca un dažu citu kristālisko materiālu mehāniska deformācija ar spiedienu, saspiešanu, stiepšanos un vērpšanu rada uz tā elektrisko lādiņu. Atklājuma autori šādus lādiņus sauca par pjezoelektriskumu no grieķu vārda "simpātija". Attiecīgi materiālus, kuriem piemīt šī īpašība, viņi attiecināja uz pjezoelektrisko ierīču grupu.
Ievērojama pjezoelektriskā efekta kvalitāte ir tā atgriezeniskums, kā parādīts 1. attēlā. Citiem vārdiem sakot, jebkurš pjezoelektriskais materiāls ne tikai rada elektrisku lādiņu zem spiediena, bet arī sāk mainīt tā tilpumu, atrodoties elektriskajā laukā.
Pjezoelektriskās ierīces tiek plaši izmantotas mūsdienu tehnoloģijās. To veicina:
- pjezoelektrisko materiālu lētums, izplatība un apstrādes vieglums;
- laba to elektrisko un mehānisko īpašību stabilitāte laika gaitā.
Nav mazsvarīgi fakts, ka gan paša lādiņa, gan mehānisko pārvietojumu lielums dažos gadījumos tie ir pietiekami to tiešai lietošanai, neiesaistot papildu pastiprinātājus.
Dažas lietojumprogrammas
Šeit ir tikai daži pjezoelektrisko tehnoloģiju piemēri masveida lietošanai.
Rokas pjezo šķiltavas masveidā pārdeva jau 70. gados. pagājušajā gadsimtā. Elektrība, kas parādās uz kristāla, nospiežot taustiņu, nonāk elektrodos, starp kuriem, izlādējoties, dzirkstele lec un aizdedzina gāzi. Pašlaik vidēja un vecāka modeļa gāzes plītis ir aprīkotas ar iebūvētiem elementiem, 2. attēls.
Pjezo filtrs ir populārs elektronikā, pateicoties tam, ka pjezo kristālam kā mehāniskai sistēmai ir ļoti augsta vibrācijas vērtība. Rezultātā tas var ievērojami samazināt filtrēšanas joslas platumu un efektīvi nodalīt signālus viens no otra.
Sonārs izmanto kristālu kā skaņas akustisko viļņu izstarotāju un signāla uztvērēju, atstarojas no jebkura zemūdens šķēršļa (dibena, zivīm, driftwood, zemūdenes utt.), 3. attēls.
Televīzijas kameru fokusēšanas elementu, optisko signālu elektroniski mehānisko slēdžu un citu elementu mikromovācijas. Priekšrocīgi ar to, ka tie rada lineāru kustību tieši bez rotācijas kustības starpposma pārveidošanas.
Mobilo tālruņu buzzers, kas vibrē zvanu klusuma režīmā.
Pjezo galviņas tintes printeriem, lai kontrolētu tintes uzklāšanas procesu uz papīra.