压电陶瓷的震动

01 压电陶瓷

一、前言

今天看到有人留言，询问压电蜂鸣片的问题。他遇到一个压电蜂鸣片，在使用手触碰的时候，居然会停止振荡。这的确令人感到奇怪，具体情况是什么呢？ 他说，使用了一个信号发生器，产生 5 到 8 kHz 的信号。激发压电陶瓷片，但使用手轻轻触碰，压电陶瓷片居然就会停止震动。这里给出了它的实验装置，可以看到，输出信号的频率 为6.6kHz。信号峰峰值为 64mV。这也太奇怪了。这个数值实在是太小了。从这里来看，主要存在两个疑点，一个是6kHz ，说实在的频率很高，不太容易听到。第二个就是驱动压电陶瓷的电压太小了。

照片下面，还有他做实验所使用的压电陶瓷片。应该是普通的直径为2厘米的陶瓷片。至于为什么会出现这种情况，下面，我使用手边的器件进行测试。

二、测试结果

在一个压电陶瓷片上焊接引线，通过面包板与信号源连接。先设置信号源产生 1000Hz，峰峰值为 5V 的正弦波。很可惜，压电陶瓷片发出非常微弱的声音。需要靠近耳朵才能够分辨出它的声音。示波器显示压电陶瓷上的信号，与信号源设置的参数是相同的，1kHz，峰峰值5V。但是很可惜，很难听到对应的蜂鸣声音。

将信号源的频率增加到6kHz，此时可以听到压电陶瓷发出嘤嘤的声音。注意，这比刚才1kHz 声音大多了。这反映了，压电陶瓷发生效率在 6kHz 比较大。我们知道，这种压电陶瓷比较硬，此时，使用手指捏压电陶瓷。的确可以听到，压电陶停止发声了。虽然，压电陶瓷声音很小，但是还是能够清晰分辨出，当手指捏住压电陶瓷，它不再发声了。这说明，手指干扰了压电陶瓷的震动。

▲ 图1.2.1 手指触碰压电陶瓷，可以改变它的发声

  压电陶瓷与普通的扬声器最大的区别，就在于 它本身具有很强的谐振特性。基底是硬度和质量较大的金属片，所以具有多个谐振模态。下面将一个 10欧姆的电阻与压电陶瓷片串联，用于测量流过的电流。示波器上面b波形是施加的电压，下面是10欧姆上的电压，表示了通过的电流。改变驱动信号的频率，可以测量不同频率下通过的电流大小。这样便可以反映压电陶瓷震动的情况。可以观察到，不同的频率，通过的电流大小是不同的。

这是测量的结果。横坐标是频率，纵坐标是10欧姆上的电压，反映了流过压电陶瓷的电流。可以看到，在频率开始增加的阶段，随着频率的增加，电流上升。这反应了压电陶瓷在这个阶段呈现电容特性。在频率达到 3700Hz时，电流达到最大，此时压电陶瓷片产生了谐振。可以看到后面紧接着有一个谐振峰值。接下来又是随着频率的增加，电流爬升。后面还有两个谐振点。这说明压电陶瓷的确存在着一些谐振点。

▲ 图1.2.2 压电陶瓷的电压与电流

▲ 图1.2.3 不同频率下的电流

  将 3400Hz 到4400Hz 之间的频率特性在重新测试一遍，可以看到从电流最大，降低到频率最小 之间仅仅相差 140Hz。如果手触碰压电陶瓷片，可能改变它的谐振频率。这就会使得输出功率产生较大的改变。听起来就像压电陶瓷片停止震动的情况。

▲ 图1.2.4 不同频率下压电陶瓷对应的电流

※ 总  结 ※

本文记录了对于压电陶瓷片在不同频率驱动下的谐振电流情况。验证了压电陶瓷片震动时，会存在若干谐振点。如果在谐振点附近，手触碰压电陶瓷片，就有可能改变它的震动模式，听起来仿佛它停止震动似的。