壓電膜等效電路 |
來源:薄膜壓力傳感器壓力分布 | 發(fā)布時(shí)間:2016/4/29 14:21:16 | 瀏覽次數(shù): |
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下面我們來畫一個(gè)壓電膜元件的等效
電路。這里有二個(gè)同樣有效的模型,一個(gè)
是:一電壓源與一個(gè)電容相串聯(lián);另一個(gè)
是:一個(gè)電荷發(fā)生器與電容相并聯(lián),后者
在電路分析上不常用。我們將集中對(duì)電壓
源分析(見圖12)。
虛線部分表示壓電膜元件“內(nèi)含的部分”,電壓源(VS)本身就是個(gè)壓電發(fā)生器。該電壓源與所加的激勵(lì)源(壓力、應(yīng)力等)成正比。本文的目的并非在相關(guān)的計(jì)算上面,重要的是認(rèn)識(shí)到這個(gè)電壓將絕對(duì)地依賴于所加的激勵(lì),這是一個(gè)“理想”源。
然而,我們應(yīng)該注意到,標(biāo)有“X”的節(jié)點(diǎn),是根本不可能接近的。當(dāng)我們?cè)陔姌O上檢測(cè)壓電膜的“輸出”時(shí),膜電容C。總是存在并接在電路中的。
加入電阻性負(fù)載
現(xiàn)在我們加進(jìn)示波器接入時(shí)的效應(yīng),可以將示波器及其探頭簡化為一個(gè)純電阻,盡管實(shí)際上有一個(gè)很小的與探頭和電纜相關(guān)的電容(一般約30~50pF)。若壓電膜的電容非常高,那這個(gè)小電容就可以忽略不計(jì)。
在負(fù)載電阻RL兩端所測(cè)得的電壓,
不需要與“理想”源所產(chǎn)生的電壓相同。
為看出為什么,用另外一種方式重新畫這個(gè)電路是有幫助的。
分壓器
將圖13所示的電路重畫成圖14的形式,不難看出,全部的源電壓并不總是出現(xiàn)在電阻負(fù)載的二端。
將電容和電阻串聯(lián)起來就構(gòu)成了一個(gè)分壓器。由于電容有阻抗并隨頻率變化,所以,顯現(xiàn)在RL兩端的全部源電壓的一部分也隨頻率而變化。
顯現(xiàn)在RL兩端的Vs電壓的VL部分按下式計(jì)算:
式中:
(j表示√~1,XC為電容元件的電抗。為簡化起見,我們忽略了壓電膜的阻抗的電阻分量)。
可以將上述公式在激勵(lì)頻率為常數(shù)的簡單情況下用來簡單地計(jì)算期望觀察到的電壓電平,這樣簡單地變化f值即可。然而,在不少實(shí)際情況下,在頻帶范圍內(nèi)還可能存在一個(gè)信號(hào)能量的分布問題。這樣,就有必要把網(wǎng)絡(luò)的“頻率響應(yīng)”考慮進(jìn)去。
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