Uno dei problemi dell'elettronica moderna e dell'ingegneria elettrica è la conversione della corrente elettrica in movimento meccanico e viceversa. Nasce a causa della diversa natura del movimento meccanico e della corrente elettrica. Esistono vari approcci per risolvere questo problema, ciascuno con la propria classe di dispositivi. La tecnica piezoelettrica viene discussa di seguito.
L'essenza dell'effetto piezoelettrico e le sue proprietà principali
I primi rapporti sull'effetto piezoelettrico furono pubblicati nel 1880 in Francia dai fratelli Curie. Hanno scoperto che quando il quarzo e alcuni altri materiali cristallini vengono deformati meccanicamente da pressione, compressione, allungamento e torsione, appare una carica elettrica su di esso. Gli autori della scoperta hanno chiamato tali cariche piezoelettriche dalla parola greca "schiacciare". Di conseguenza, i materiali con tale proprietà sono stati assegnati da loro al gruppo di piezoelettrici.
Una notevole qualità dell'effetto piezoelettrico è la sua reversibilità, come illustrato nella Figura 1. In altre parole, qualsiasi materiale piezoelettrico non solo crea una carica elettrica a pressione, ma inizia anche a cambiare volume quando si trova in un campo elettrico.
I dispositivi piezoelettrici sono diffusi nella tecnologia moderna. Ciò è facilitato da:
- economicità, prevalenza e facilità di lavorazione dei materiali piezoelettrici;
- buona stabilità delle loro caratteristiche elettriche e meccaniche nel tempo.
Di non poca importanza è il fatto che l'entità sia della carica stessa che degli spostamenti meccanici in alcuni casi sono sufficienti per il loro utilizzo diretto senza il coinvolgimento di amplificatori aggiuntivi.
Alcune applicazioni
Qui ci sono solo alcuni esempi di tecnologia piezoelettrica per uso di massa.
L'accendino piezo portatile è andato in vendita di massa negli anni '70. l'ultimo secolo. L'elettricità che appare sul cristallo quando si preme il tasto va agli elettrodi, tra i quali, durante la scarica, salta una scintilla che accende il gas. Attualmente, le stufe a gas dei modelli medi e precedenti sono dotate di elementi incorporati, Figura 2.
Il filtro piezoelettrico è popolare nell'elettronica per il fatto che, come sistema meccanico, un cristallo piezoelettrico ha una figura di merito vibrazionale molto elevata. Di conseguenza, può ridurre in modo significativo la larghezza di banda del filtro e separare efficacemente i segnali l'uno dall'altro.
Il sonar utilizza un cristallo come emettitore di onde acustiche risonanti e un ricevitore di segnale, riflesso da qualsiasi ostacolo sottomarino (fondale, pesce, legni, sottomarini, ecc.), immagine 3.
Micromovimenti di elementi di messa a fuoco di telecamere, interruttori elettronico-meccanici di segnali ottici e altri elementi. Vantaggiosi in quanto creano un moto lineare direttamente senza trasformazione intermedia da rotativo.
Cicalini del telefono cellulare che vibrano una chiamata in modalità silenziosa.
Testine piezoelettriche per stampanti a getto d'inchiostro per controllare il processo di applicazione dell'inchiostro sulla carta.