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압전소자

작성일 2010-08-20

수정(水晶) · 로셸염(鹽) · 티탄산바륨 등의 결정에 힘을 가하면 힘에 비례하는 전하(電荷)가 생기고 또 전기장(電氣場) 속에 두면 기계적인 일그러짐이 생기는 현상(압전효과)을 이용한 소자. 피에조 전기소자라고도 한다.

전기기계 변환용의 압전변환소자와 공진(共振)특성을 이용한 공진자(共振子)로 쓰인다.

변환소자는 기계진동을 전기진동으로 변환하는것(마이크로폰 · 픽업 등)과, 전기 진동을 기 계 진동으로 변환하는 것(스피커 · 초음파 발생기 등)이 있다.

또 후자에는 안정된 주파수의 전기진동을 발생시키거나 어떤 특정한 주파수의 전기신호에 대해 응답하기 위해 쓰이는 것이 있으며 이것을 공진자라 한다.

압전현상은 1880년에 프랑스의 퀴리 형제(J. Curie, P. Curie)가 발견했으며 이 현상을 이용해서 프랑스의 P. 랑주뱅은 1917년에 수정 초음파 발생장치를 만들고, 미국의 D. 소여는 로셸염을 사용한 크리스탈 마이크로폰을 31년에 발명했다.

수정공진자는 미국의 W. 캐디가 22년에 제안했으며 이것을 사용하여 안정발진(安定發振)을 하는 수정발진회로는 32년 미국의 C. W. 피어스가 발명했다.

압전효과는 결정의 변형에 의해 이온의 상대위치가 변하기 때문에 일어나는 것으로 생각되고 결정판(板)의 탄성진동과 전기진동이 일치했을 때 강한 여진(勵振)이 일어난다.

이 때문에 사용하는 결정의 끊는 법, 치수, 형상, 가하는 전압 등에 따라 여러가지 꼴의 변환소자와 공진자가 만들어진다.

변환소자에서는 수정은 1~100MHz의 초음파발생기에, 로셸염은 음향기기에 쓰인다.

티탄산바륨 등의 압전요업체는 전기기계 결합계수가 크며 저주파에서 수MHz의 범위에서 음향기기 · 소리굽쇠〔音叉〕· 메커니컬 필터 · 초음파 지연소자(遲延素子) 등에 쓰인다.

이들에 의해 제품화된 것은 압전가스 점등장치 · 음파탐지기 · 어군(魚群)탐지기 · 초음파단층상촬상장치(斷層像撮像裝置) · 초음파현미경 · 초음파용접기 · 가속도계 · 후도계(厚度計) · 유량계 등 다방면에 걸친다.

공진자에는 압전요업체가 사용된 적도 있는데, 진동 손실이 극히 적고 공진주파수가 안정된 수정공진자가 널리 쓰인다.

결정의 끊는 법, 형상 등에 따라서 1kHz~100MHz에 이르는 발진회로나 공진회로의 소자로서 송 · 수신기의 주파수 제어, 수정필터, 전자시계 등에 사용되고 있다.


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