Eden od problemov sodobne elektronike in elektrotehnike je pretvorba električnega toka v mehansko gibanje in obratno. Nastane zaradi različne narave mehanskega gibanja in električnega toka. Obstajajo različni pristopi k reševanju tega problema, vsak s svojim razredom naprav. Sledi obravnava piezoelektrične tehnike.
Bistvo piezoelektričnega učinka in njegove glavne lastnosti
Prva poročila o piezoelektričnem učinku so leta 1880 v Franciji objavila brata Curie. Ugotovili so, da se med mehansko deformacijo kremena in nekaterih drugih kristalnih materialov s pritiskom, stiskanjem, raztezanjem in torzijo na njem pojavi električni naboj. Avtorji odkritja so takšne naboje poimenovali piezoelektričnost iz grške besede "simpatija". V skladu s tem so materiale s takšno lastnostjo uvrstili v skupino piezoelektrikov.
Izjemna kakovost piezoelektričnega učinka je njegova reverzibilnost, kot je prikazano na sliki 1. Z drugimi besedami, kateri koli piezoelektrični material ne ustvarja le električnega naboja pod pritiskom, temveč začne spreminjati svojo prostornino, ko je v električnem polju.
Piezoelektrične naprave so zelo razširjene v sodobni tehnologiji. K temu pripomorejo:
- poceni, razširjenost in enostavnost obdelave piezoelektričnih materialov;
- dobra stabilnost njihovih električnih in mehanskih lastnosti skozi čas.
Ne majhnega pomena je tudi dejstvo, da je velikost samega naboja in mehanskih premikov v nekaterih primerih zadostujejo za njihovo neposredno uporabo brez sodelovanja dodatnih ojačevalnikov.
Nekatera področja uporabe
Tu je le nekaj primerov piezoelektrične tehnologije za množično uporabo.
Ročni piezo vžigalnik je šel v množično prodajo v sedemdesetih letih. prejšnjem stoletju. Elektrika, ki se pojavi na kristalu, ko pritisnete tipko, gre na elektrode, med katerimi ob praznjenju preskoči iskra in vžge plin. Trenutno so plinske peči srednjih in starejših modelov opremljene z vgrajenimi elementi, slika 2.
Piezo filter je v elektroniki priljubljen zaradi dejstva, da ima piezo kristal kot mehanski sistem zelo visoko vrednost vibracij. Posledično lahko znatno zmanjša pasovno širino filtra in učinkovito loči signale med seboj.
Sonar uporablja kristal kot oddajnik zvočnih zvočnih valov in sprejemnik signala, odseva od katere koli podvodne ovire (dna, rib, visečega lesa, podmornice itd.), slika 3.
Mikrokretanja fokusnih elementov televizijskih kamer, elektronsko-mehanskih stikal optičnih signalov in drugih elementov. Ugodno, ker ustvarjajo linearno gibanje neposredno brez vmesne transformacije iz rotacijskega.
Zvočniki mobilnega telefona, ki vibrirajo klic v tihem načinu.
Piezo glave za brizgalne tiskalnike za nadzor postopka nanašanja črnila na papir.