文档介绍：文华学院
电子材料与器件测试技术
课程设计
题目:压电陶瓷变压器的设计
学部: 信息科学与技术
专业: 电子科学与技术
学号: 130108021125
姓名: 包威
指导教师: 梁军或张晓薇
报告日期:
目录
什么是压电效应 4
定义 4
原理 4
分类 4
正电压效应 4
逆压电效应 5
压电效应的发现 5
具有压电效应的材料体系及其研究发展趋势 6
压电陶瓷材料研究现状 6
一元系压电陶瓷 6
二元系压电陶瓷 6
三元系及多元系压电陶瓷 6
压电陶瓷的发展趋势 7
压电复合材料 7
压电薄膜 7
无铅压电陶瓷 7
纳米压电陶瓷 8
压电陶瓷变压器的结构、原理及其应用特性 9
压电陶瓷变压器的基本原理与结构 9
压电陶瓷变压器的优点 10
压电陶瓷变压器的工作特性 10
升压比特性 10
阻抗特性 11
频率特性 12
温度特性 13
负载特性 14
压电陶瓷变压器的发展趋势 14
压电变压器的设计 15
压电陶瓷的准同型相界 16
变压器用压电陶瓷的机械品质因数Qm 17
掺杂改性 17
添加第三组元素 18
变压器用压电陶瓷的机电耦合系数kp 19
变压器用压电陶瓷的谐振频率温度稳定性 20
调整锆钛比 20
添加稳定剂 21
变压器用压电陶瓷的介电性能 22
变压器用压电陶瓷的低温烧结 22
参考文献 23
什么是压电效应
压电效应:某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时,电荷的极性也随之改变。相反,当在电介质的极化方向上施加电场,这些电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。
定义
压电体受到外机械力作用而发生电极化,并导致压电体两端表面内出现符号相反的束缚电荷,其电荷密度与外机械力成正比,这种现象称为正压电效应. 压电体受到外电场作用而发生形变,其形变量与外电场强度成正比,这种现象称为逆压电效应. 具有正压电效应的固体,也必定具有逆压电效应,反之亦然. ,是由晶体结构的对称性所决定的
原理
压电效应的原理是,如果对压电材料施加压力,它便会产生电位差(称之为正压电效应),反之施加电压,则产生机械应力(称为逆压电效应)。如果压力是一种高频震动,则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时,则产生高频声信号(机械震动),这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说,压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能,这种相互对应的关系确实非常有意思。
压电材料可以因机械变形产生电场,也可以因电场作用产生机械变形,这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如,压电材料已被用来制作智能结构,此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能,在未来的飞行器设计中占有重要的地位。
分类:
压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。
正电压效应是指:当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷;当外力撤去后,晶体又恢复到不带电的状态;当外力作用方向改变时,电荷的极性也随之改变;晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。
逆压电效应
是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5种基本形式。压电晶体是各向异性的,并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应,但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。
依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。
这里再介绍一下电致伸缩效应。电致伸缩效应,即电介质在电场的作用下,由于感应极化作用而产生应变,应变大小与电场平方成正比,与电场方向无关。压电效应仅存在于无对称中心的晶体中。而电致伸缩效应对所有的电介质均存在,不论是非晶体物质,还是晶体物质,不论是中心对称性的晶体,还是极性晶体。
压电效应的发现
1880年皮埃尔·居里和雅克·居里兄弟发现电气石具有压电效应。1881年,他们通过实验验证了逆压电效应,并得出了正逆压电常数。1984年,德国物理学家沃德马·沃伊特(德语:Woldemar Voigt),推论出只有无对称中心的20中点群的晶体才可能具有