Jedním z problémů moderní elektroniky a elektrotechniky je přeměna elektrického proudu na mechanický pohyb a naopak. Vzniká kvůli odlišné povaze mechanického pohybu a elektrického proudu. K řešení tohoto problému existují různé přístupy, každý s vlastní třídou zařízení. Dále bude diskutována piezoelektrická technologie.
Podstata piezoelektrického jevu a jeho hlavní vlastnosti
První zprávy o piezoelektrickém jevu byly publikovány v roce 1880 ve Francii bratry Curieovými. Zjistili, že během mechanické deformace křemene a některých dalších krystalických materiálů tlakem, stlačení, roztažení a kroucení se na něm objeví elektrický náboj. Autoři objevu nazvali takové náboje piezoelektricitou z řeckého slova „crush“. Materiály, které mají tuto vlastnost, byly jimi přiřazeny do skupiny piezoelektrik.
Pozoruhodnou kvalitou piezoelektrického jevu je jeho reverzibilita, jak je znázorněno na obrázku 1. Jinými slovy, jakýkoli piezoelektrický materiál nejenže vytváří elektrický náboj pod tlakem, ale také začíná měnit svůj objem v elektrickém poli.
Piezoelektrická zařízení jsou v moderní technologii velmi rozšířená. To je usnadněno:
- levnost, prevalence a snadnost zpracování piezoelektrických materiálů;
- dobrá stabilita jejich elektrických a mechanických vlastností v čase.
Neméně důležitá je skutečnost, že velikost samotného náboje i mechanických posunů v některých případech jsou dostačující pro jejich přímé použití bez zapojení dalších zesilovačů.
Některé oblasti použití
Zde je jen několik příkladů piezoelektrické technologie pro hromadné použití.
Ruční piezo zapalovač se začal hromadně prodávat v 70. letech. minulé století. Elektřina, která se objeví na krystalu, když stisknete klávesu, jde k elektrodám, mezi nimiž při vybití přeskočí jiskra a zapálí plyn. V současné době jsou plynové sporáky středních a starších modelů vybaveny zabudovanými prvky, obrázek 2.
Piezo filtr je populární v elektronice díky skutečnosti, že jako mechanický systém má piezo krystal velmi vysokou hodnotu vibrací. Ve výsledku může výrazně snížit šířku pásma filtru a efektivně oddělit signály od sebe navzájem.
Sonar používá krystal jako vysílač znějících akustických vln a přijímač signálu, odražené od jakékoli podvodní překážky (dno, ryby, naplavené dříví, ponorka atd.), obrázek 3.
Mikromotace zaostřovacích prvků televizních kamer, elektronicko-mechanické spínače optických signálů a další prvky. Výhodné v tom, že vytvářejí lineární pohyb přímo bez mezilehlé transformace z rotačního.
Bzučáky mobilních telefonů, které vibrují hovor v tichém režimu.
Piezo hlavy pro inkoustové tiskárny pro řízení procesu nanášení inkoustu na papír.