压电陶瓷片和晶振的区别

压电蜂鸣片声音元件的声源主要来自压电振动板。压电振动板由一块两面印刷有电极的压电陶瓷板和一块金属板（黄铜或不锈钢等）组成。 使用粘合剂，将压电振动板和金属片粘接在一起，这就是我们俗称的蜂鸣片。

图2所示为压电振动板的振荡体系。 当在压电振动板的两个电极间施加直流电压时，由于压电效应，导致机械变形。对于形状扭曲的压电元件，其变形以辐射方向伸展。

压电振动板则沿图2（a）所示方向弯曲，而粘结于压电振动板的金属片不会伸展。相反，当压电元件收缩时，压电振动板则会沿图2（b）所示方向弯曲。因此，当交流电压穿过电极时，如图2（c）所示，图2（a）和图2（b）所示之弯曲就会交替重复发生，从而在空气中产生声波。

蜂鸣片一般而言，人的声频范围大约在20Hz到20kHz之间。人们最易听到的声频为2kHz到4kHz。因此，绝大部分压电声音元件应用在此声频范围内。

蜂鸣片一般而言，人的声频范围大约在20Hz到20kHz之间。人们最易听到的声频为2kHz到4kHz。因此，绝大部分压电声音元件应用在此声频范围内。同时，蜂鸣片谐振频率（f0）一般也选定在相同的范围内。如图3所示，谐振频率取决于支承压电振动板所采用的方法。如果压电振动板的形状相同，其数值将按照（a)、(b）和（c）的顺序变小。

通常情况下，压电振动板被安装在共鸣腔室内，以产生高声压（如图4)。利用公式（1）(赫尔姆霍茨公式)，可以计算出图4中共鸣腔室的谐振频率（fcav)。由于压电振动板和共鸣腔室具有适当的谐振频率，分别为（f0）和（fcav)，因此，可以通过控制两者的位置来增大特定频率下的声压和获得特定的带宽。

2、压电陶瓷片的厚度，对电压没有影响，但对陶瓷片的电容有影响：越厚、电容越小。 另外，根据金属片的振动特点看，【直径越大，振幅就越大，输出功率相对较大】。

压电陶瓷片之所以能够发出蜂鸣的声音，是利用了压电效应的原理。

压电效应有正压电效应和逆压电效应二种。

压电效应：当给压电陶瓷片施加一个外力时，压电片会产生电荷，这种现象称为正压电效应： 压力——电压。

反之，当给压电片施加电场时，压电陶瓷片会产生机械变形，而且其应变与电场强度成正比，这称为逆压电效应，施加的电场强度越强，振动的幅度越大。

这种现象称为逆压电效应：电压——压力，各种压电陶瓷的器件均是利用这一特性而工作的。

所以蜂鸣片（器）是一个电压元件，也就是说在器件上施加的电压越大，器件的响度也会越高。

一、美容仪器超声波概述

人类耳朵能听到的声波频率为20～20，000Hz。当声波的振动频率大于20000Hz或小于20Hz时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000Hz的声波称为“超声波”。

超声波频率越低，穿透力越强。一般用于美容行业的超声波频率为1-3MHz。

超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，传播距离远等特点。因此被应用于越来越多的行业。

美容仪器超声波技术自80年代引入美容届以来．以其治疗范围广、见效快、治愈率高、操作简便而得到普及和推广，已成为众多美容仪中最实用、最受欢迎的设备。随着科学技术的进步，新一代专业超音波美容仪器横空出世，携其卓越的品质、强大的功能、豪华的外形迅速席卷美容行业。

超声波应用于美容行业主要有以下几个作用

1、机械作用：每秒100万次的机械振动，使受作用的每个部位都随之振动，起到独特的细胞按摩作用，提高细胞代谢功能，增强细胞的活力，促进血液循环，改善皮肤组织营养，使皮肤红润．增加弹性。

2、温热作用：超声波的温热作用通过引起血管功能及新陈代谢过程的变化，可使血液循环旺盛，使细胞兴奋点降低，产生镇痛的作用。使痉挛的肌肤松弛，具解挛的作用。

3、化学作用：超声波具有加强催化、加速新陈代谢的作用。可使ph值向碱性方面变化。利于药物透入，提高药物杀菌能力。

二、美容仪器超声波原理图分析

1、美容仪器超声波原理图 2、美容仪器超声头组件

其实超声头主要由压电陶瓷片和金属头组成。其中压电陶瓷片就是一个振荡器件，工作时以1MHz的频率高速振荡，其产生的能量靠金属头传递到金属头表面。

3、电路分析

在本电路中，C2 C3 C4 Q2 L3及超声头共同组成一个电容自激振荡电路，特别注意：我们在分析本电路时，要把超声头当成一个电容器件来分析。因为超声头本身主要的器件是由压电陶瓷片组成，而压电陶瓷片实际就是一个大电容，所以没有超声头本电路就不会起振。

Q2是振荡管，是整个电路的核心，所以我们在使用时要根据电源电压V1和工作电流来选择参数，一般美容仪器上的超声波电路用的都是低于48V的电压。

L2是一个扼流圈，其主要作用是在工作时保证工作电流不会过大而烧振荡管。

其他器件共同组成一个振荡管的基极调节电路，本电路是由RW1调节输出大小，也可以用单片机做输出大小。

本电路简单耐用，主要是给Q2安装足够的散热器就可以了。市场上的超声波美容仪器基本上都是采用这个电路。

超声波美容仪：探头热的程度不代表声波输出功率的多少，太热易灼伤皮肤；浓度过小的水剂药物，不宜直接渗透，否则易引起皮肤干燥；使用时，探头不能从眼球经过，上眼皮不能按摩；孕妇及严重心脏病患者不能使用。

美容仪器的操作禁用人群： 怀孕妇女； 日常工作时不可避免强（日）光暴晒人群； 对光过敏及药物过敏者及对强光光源过敏人群； 皮肤敏感极易感染过敏者； 癫痫病患者及疤痕及体质人群； 客人的上眼皮及带有开放性伤口的部位； 糖尿病患者； 正在使用功效型护肤品的应停用1—3个月后进行操作 ，操作部位使用精油应停1-2天再操作、黑头粉刺需针清3天后再治疗 期望值过高受术者；

1、想办法测下陶瓷片的等效电容，然后串个合适的电感，调整到压电陶瓷片的谐振频率。

2、当把长度振动的陶瓷片的长度磨短了，就会发现这压电陶瓷的谐振频率提高了。这样，就可以通过磨短某方向的尺寸来调节谐振频率。

这是一个分离元件的超声雾化器原理图。包括三个主要部分：电源（AC-DC）部分、水位检测与保护部分、超声振荡与换能部分。

如果采用12V或者24V直流电源供电，第一个部分可以不用看。

水位检测与保护部分的工作原理：

水位高于探针A和B时，AB之间呈现一定的电阻，BG3导通，BG2也导通，BG2射极输出4V左右的电压，经R3和L3送到BG1基极，为BG1提供并偏置，BG1及外围元件构成的振荡电路工作。若水位低于探针A和B时，AB之间呈现很高的电阻，BG3截止，BG2也截止，BG1因无偏置而停振。从而防止换能器因缺水而损坏。如果不需要保护电路，只需要将R3接Vcc，并合理选择其阻值。

振荡与换能部分工作原理：

电路中的振荡器是一种由高频压电陶瓷片TD(超声换能器)组成的工作振荡器，其振荡频率为1.65MHz(决定于选定的TD)。晶体三极管BG1和电容器C1、C2等构成电容三点式振荡器电路。

C1和电感L1等效并联的谐振频率比工作频率低，其作用是决定工作振荡器的振荡幅度；C2 和电感L2等效串联的谐振频率比工作频率高，其作用是决定工作振荡器的反馈量，以保证振荡器起振和维持电路的可靠振荡。压电陶瓷片TD具有很大的等效电感，它除决定电路的工作频率外，同时又是雾化器的工作负载。

若更换压电陶瓷片TD，无需调整电路其他参数，其振荡器频率也能自动跟踪新的压电陶瓷片的频率而工作。

，外电路还有迟滞和蠕变现象。而驱动电源一般可分为电荷控制型和电压控制型。电荷控制型驱动电源基于电容器充电的原理（对外加电压而言，每个压电陶瓷片相当于一只平行板电容器），可以改善压电陶瓷的迟滞和蠕变。电压控制型驱动电源主要有以下两种形式：一种是基于DC/DC变换器原理的开关式驱动电源，其体积小、效率高，但电源输出纹波较大，频响范围也较窄；另一种是直流放大电源，频响范围宽。

下面我发一份关于压电陶瓷驱动电源的文章，供你参考！

近年来国内对静态压电陶瓷驱动电源的研制取得了一定的进展，但大部分压电陶瓷驱动电源都是由分立性器件组成，结构较复杂，而且容易产生自激振荡，对电源的稳定性会产生影响。而采用高压运放的驱动电源，分辨率能达到mV级，输出纹波较小，不仅提高了电路集成度，而且可靠性也得到加强，因此可用于驱动压电陶瓷致动器。

压电陶瓷致动器驱动电源

1、压电陶瓷致动器对驱动电源的要求

压电陶瓷致动器的驱动电源应具有如下特点：

（1）压电陶瓷致动器的位移输出对外加驱动控制电压的响应速度，主要取决于驱动电源驱动电流的大小，因此驱动电源应具有较大的驱动电流，一般不应小于150mA；

（2）驱动电源的输出控制电压连续可调，对国产压电陶瓷致动器PTBS200系列而言，要求驱动电源输出电压为直流0～200V，连续可调；

（3）为适应高频响应的要求，驱动电源中应具有供容性负载快速放电的回路；

（4）由于压电陶瓷致动器主要应用于微纳米技术领域，所以驱动电源应具有良好的稳定性，其输出纹波电压应控制在很小的范围内；

（5）为实现位移的自动控制，驱动电源最好采用计算机控制。

压电陶瓷致动器外电路是一个容性负载，并有迟滞和蠕变现象。而驱动电源一般可分为电荷控制型和电压控制型。电荷控制型驱动电源基于电容器充电的原理（对外加电压而言，每个压电陶瓷片相当于一只平行板电容器），可以改善压电陶瓷的迟滞和蠕变。电压控制型驱动电源主要有以下两种形式：一种是基于DC/DC变换器原理的开关式驱动电源，其体积小、效率高，但电源输出纹波较大，频响范围也较窄；另一种是直流放大电源，频响范围宽，从发展趋势来看，其应用前景广阔。

2、驱动电源的设计

根据压电陶瓷致动器对其驱动电源的要求，本设计中的电源采用直流放大式电路。整个电源电路主要由计算机与数据采集卡、运算放大电路和高压电路等几部分组成。高压电路提供220V的直流电压，计算机通过LabView8.5控制数据采集卡产生一定的输出波形，得到0～5V的连续可调控制电压；放大电路实现电压的线性放大和功率放大，输出0～200V连续可调的直流电压，并决定着电源输出电压的分辨率和稳定性，是整个电源的关键。

① 高压电路

由于直流电压的稳定性直接影响驱动电源的稳定性，采用220V输出电压的高压电路，主要部分是将市电交流220V变为+220V直流电压的全桥整流供电电路。

② 波形发生电路

良好的输入波形是电源的关键之一，关系到压电陶瓷的伸缩变化。输入波形信号的频率、幅值可变，信号波形好，畸变小，不仅可以消除压电陶瓷本身的迟滞特性和蠕变特性，也能获得更广泛的应用。由于电压精度要求比较高，使用NI公司的具有16位模拟输入输出的多功能数据采集卡6221将数字量转换成模拟量，输出电压为0～5V，电压分辨率达到5/216，约等于0.076mV。采用LabView 8.5编程可以实现任意波形及缓变直流等输出，灵活性强，能满足各种需要。

③高压放大电路

采用美国APEX公司生产的高压运算放大器PA96和高精度运算放大器OP07串联组成串联负反馈放大电路。PA96是一种高压，大带宽的MOSFET运算放大器，输出电流达到1.5A，输出电压接近300V，安全操作区（SOA）没有二次击穿的限制，通过选择合适的限流电阻，可观察到任何负载下的安全操作曲线。PA96的最大失调电压为5mV，对要求分辨率为10mV以下的压电陶瓷驱动电源，其输入特性不能满足要求。在该电源的线性放大部分采用了PA96和OP07串联的复合放大器，从而使输入失调电压由前置放大器OP07控制。由于复合放大器的输入电压为0～5V，输出电压要求为0～200V，因此复合放大器的放大倍数要求为40。但增益过大会影响运放稳定性，因此选定PA96的闭环放大倍数为31，PA96和OP07串联后共同提供的放大倍数为40。根据放大倍数的分配要求可得：

R1=3kΩ，R2=117Ω，R3=180Ω，R4=6kΩ

由于构成负反馈电路，输出电阻非常小（mΩ级），因此具有很强的带负载能力。R5为限流电阻，其值由公式IL=0.68V/R5=125mA可得，这里为5.4Ω。

3、相位补偿与输出保护

自激现象是影响电源稳定性的一个主要因素。当集成运放的开环增益为一定值时，由于相移过大，电路会产生振荡现象，因此应对集成运放进行相位补偿。通常在输入端和输出端外接补偿元件，进行相位补偿。相位补偿不仅能提高运放的稳定性，还能扩展带宽。电路中PA96一级的闭环放大倍数为31，由此计算出其增益为30，根据PA96的数据资料，确定相位补偿电容值CC=10pF，闭环带宽大约为1MHz。OP07输入端的二极管D1、D2提供差模和共模保护，防止瞬态过压，输出二极管D3、D4可对瞬态过压进行保护，防止瞬态过压损坏OP07的输出。PA96放大器输入端的二极管D5、D6、D7、D8把放大器正负输入端的电压钳位在规定范围内，对运放起保护作用。