現如今，科技發展的腳步快到你難以想象，世界已然邁入了電子信息化時代，無論是在工業應用領域還是消費電子領域當中，壓電陶瓷都是未來個應用領域發展的一大方向。常和功率放大器打交道的你，提到這一領域，想必對壓電陶瓷技術都不陌生。沒錯，壓電陶瓷就是功率放大器的經典(dian)應用方(fang)向之(zhi)一(yi)，Aigtek今天想給各位工程(cheng)師們科普的主角就是它，一(yi)起接著往下看吧~

　　什么是(shi)壓電(dian)陶瓷？

　　壓(ya)(ya)電陶瓷是(shi)(shi)一種能(neng)夠將機械能(neng)轉(zhuan)化為電能(neng)的(de)半(ban)導(dao)體材料，其(qi)特(te)點是(shi)(shi)能(neng)產(chan)生機械形變(bian)，其(qi)形變(bian)大小(xiao)與其(qi)介質本(ben)身(shen)的(de)固有(you)常數有(you)關，這(zhe)種特(te)性使它能(neng)夠作(zuo)為傳感器和驅動(dong)器。壓(ya)(ya)電陶瓷的(de)組成材料一般(ban)包括鐵(tie)電相（主要是(shi)(shi)鐵(tie)酸(suan)鉍）、鐵(tie)酸(suan)鉛、鈦酸(suan)鋇和鋯鈦酸(suan)鉛等。

　　壓電(dian)陶瓷具有三個重要(yao)的物理性能：第(di)一是能使(shi)機械形(xing)變(bian)發生；第(di)二是在(zai)施加(jia)電(dian)場(chang)時產(chan)(chan)生位移；第(di)三是在(zai)電(dian)場(chang)中(zhong)，由于介電(dian)常數和介電(dian)損耗不同，還能產(chan)(chan)生電(dian)壓。

　　壓(ya)(ya)(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)陶瓷在(zai)機械能轉化為電(dian)(dian)(dian)(dian)能方(fang)面具有(you)三(san)大功能：第一(yi)是(shi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)效應(ying)，第二是(shi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)非線性效應(ying)，第三(san)是(shi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)致(zhi)伸縮效應(ying)。其中以(yi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)(dian)效應(ying)應(ying)用最為廣泛，在(zai)機電(dian)(dian)(dian)(dian)換(huan)能、超聲波換(huan)能器等方(fang)面具有(you)重要的作(zuo)用。

　　壓電陶瓷的(de)發展歷(li)程

　　1880年，居里兄弟(di)首先發現電(dian)氣石的壓(ya)電(dian)效應，從此(ci)開始了壓(ya)電(dian)學的歷史；

　　1881年，居里(li)兄弟實(shi)驗(yan)驗(yan)證了逆壓電效應，給出石英(ying)相同的正(zheng)逆壓電常數；

　　1894年，Voigt指(zhi)出，僅無(wu)對(dui)稱(cheng)中心(xin)的(de)二(er)十種(zhong)點群的(de)晶(jing)體才有可(ke)能具有壓(ya)電效應(ying)；

　　第一次世界大戰(zhan)，居里的繼(ji)承人郎之(zhi)萬，最先利用石(shi)英的壓電(dian)效應，制(zhi)成(cheng)了(le)水下超聲(sheng)探(tan)測器，用于探(tan)測潛水艇，從而揭(jie)開了(le)壓電(dian)應用史篇章；

　　1947年(nian)，第二次世界大戰中，美國Roberts在BaTio3陶瓷上，施加高壓進行極(ji)化處理，獲得了壓電陶瓷的(de)電壓性；

　　1955年，美國BJaffe等人發現了比BaTio3壓電(dian)性更優越的PZT壓電(dian)陶瓷，促使壓電(dian)器件的應用(yong)研究又大大地向前(qian)推進了一大步(bu)；

　　70年代后期，聲表面波(SAW)的濾波器(qi)延(yan)遲線和振(zhen)蕩器(qi)等SAW器(qi)件也取得了(le)實用化。

　　80年代后(hou)期至今，人(ren)們研制出馳豫鐵電體(ti)(ti)陶瓷材(cai)料，在此基(ji)礎上(shang)有成功研制出馳豫鐵電體(ti)(ti)單晶材(cai)料，為三維超聲波成像(xiang)奠定了(le)基(ji)礎。

　　壓電(dian)陶(tao)瓷的工作(zuo)原理

　　在壓(ya)(ya)電(dian)材料(liao)(liao)(liao)表面施加(jia)壓(ya)(ya)力可(ke)以產生電(dian)荷。這(zhe)種直(zhi)接(jie)壓(ya)(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)，也稱發電(dian)機(ji)或傳感(gan)器效(xiao)應(ying)，將機(ji)械能轉換為電(dian)能。反之，施加(jia)一定電(dian)壓(ya)(ya)時，逆壓(ya)(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)可(ke)以改變(bian)此類材料(liao)(liao)(liao)的長度。這(zhe)種促動器效(xiao)應(ying)將電(dian)能轉換成機(ji)械能。單(dan)晶材料(liao)(liao)(liao)和多晶鐵電(dian)陶(tao)瓷中都可(ke)產生壓(ya)(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)。

　　在單晶(jing)中(zhong)，晶(jing)格晶(jing)胞(bao)(bao)的不(bu)對稱結構，即低于居里溫度(du)TC時形成的極(ji)軸，是產(chan)生這種效應的充分必要條件。此外，壓電(dian)陶(tao)瓷(ci)具有自發(fa)極(ji)化特性，即晶(jing)胞(bao)(bao)的正負(fu)電(dian)荷濃度(du)相(xiang)互分離。同時，晶(jing)胞(bao)(bao)的軸線沿自發(fa)極(ji)化。

　　壓電陶瓷的應用

　　壓電(dian)陶瓷因其壓電(dian)性及有壓電(dian)性引起(qi)的(de)機(ji)電(dian)性能的(de)多樣性，使得它在眾多領域都有著(zhu)廣泛應(ying)用，目前壓電(dian)陶瓷與高壓放(fang)大(da)器配合已應(ying)用于(yu)汽車電(dian)子、消費電(dian)子、航空航天、生物醫學、工業等眾多領域，很(hen)好的(de)推動了(le)各領域研究(jiu)的(de)發(fa)展。

　　應用案例：電壓放大器基于(yu)壓電(dian)陶瓷的光(guang)纖聲光(guang)移頻實(shi)驗中的應用

　　實驗內(nei)容：利用高壓(ya)(ya)放大(da)(da)器對驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)放大(da)(da)實現壓(ya)(ya)電(dian)陶(tao)瓷的(de)(de)(de)高效率振(zhen)動(dong)(dong)，驅(qu)動(dong)(dong)電(dian)壓(ya)(ya)大(da)(da)幅增(zeng)加，使得(de)壓(ya)(ya)電(dian)陶(tao)瓷片振(zhen)動(dong)(dong)強度(du)大(da)(da)，其增(zeng)強的(de)(de)(de)聲光作用在光纖(xian)上(shang)產生有效的(de)(de)(de)聲波傳輸和多普勒頻移。為了保(bao)證(zheng)壓(ya)(ya)電(dian)陶(tao)瓷工作性能(neng)可靠，性能(neng)優越的(de)(de)(de)驅(qu)動(dong)(dong)放大(da)(da)器是關鍵。

　　基于模式選擇耦合器（MSC）和聲致光纖光柵（AIFG）制作了一種光纖模式轉換移頻器（MCFS）。基本原理是通過光纖中LP11纖芯模式轉換為基模的過程中，由于聲光效應產生多普勒頻移，可以直接得到一個500kHz-1MHz的低頻頻移分量。采用ATA-2022B高壓放大器對(dui)PZT進行放大，能夠實(shi)現對(dui)高(gao)頻(pin)PZT的(de)有效驅(qu)(qu)動(dong)，放大倍數25倍，電壓能夠到100V，驅(qu)(qu)動(dong)頻(pin)率到5MHz，能夠很好的(de)驅(qu)(qu)動(dong)PZT的(de)高(gao)效振(zhen)動(dong)，進而(er)實(shi)現光(guang)纖上聲波(bo)的(de)傳輸，產生有效的(de)光(guang)纖彎(wan)曲和對(dui)光(guang)波(bo)的(de)多(duo)普勒(le)效應。

　　作為國內測試儀器(qi)的(de)(de)民族品牌，安泰(tai)電(dian)(dian)子始終走在領域前沿，旗下(xia)自主研發生產的(de)(de)ATA-2000系列高(gao)壓放大(da)器(qi)擁有DC-1MHz的(de)(de)帶寬，200Vpp~1600Vpp的(de)(de)輸出電(dian)(dian)壓范圍，40mA~500mA的(de)(de)電(dian)(dian)流輸出能力，是壓電(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)相(xiang)關應用的(de)(de)動態驅(qu)動研發測試的(de)(de)理(li)想選擇。

　　ATA-2161高壓放大器

　　同時該系列功率放大器，可輸出理(li)想的單端(duan)及差分信號，并設計了(le)良好(hao)的過壓，過流(liu)，短路保護裝置，同時為了(le)更(geng)好(hao)的為MEMS測試客戶應(ying)用，提供(gong)的完善(shan)的阻抗匹配(pei)網(wang)絡，方便(bian)用戶選擇對(dui)應(ying)的匹配(pei)阻抗。

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