項(xiàng)目13-壓電元件和霍爾元件的檢測(cè)與識(shí)別

項(xiàng)目13

壓電元件和霍爾元件的檢測(cè)與識(shí)別

項(xiàng)目要求:通過(guò)對(duì)各種壓電元件和霍爾元件的實(shí)際識(shí)別和測(cè)量，要求學(xué)生會(huì)識(shí)別壓電元件和霍爾元件的種類(lèi)，熟悉常見(jiàn)壓電元件和霍爾元件的名稱(chēng)，了解不同類(lèi)型壓電元件和霍爾元件的作用，掌握常用壓電元件和霍爾元件的檢測(cè)方法

知識(shí)要求:（1）掌握常見(jiàn)壓電元件的種類(lèi)和用途。（2）掌握壓電元件的主要參數(shù)。（3）掌握壓電元件的檢測(cè)方法。（4）掌握霍爾元件的種類(lèi)和用途。（5）掌握霍爾元件的主要參數(shù)。（6）掌握霍爾元件的檢測(cè)方法。

能力要求

:（1）能用目視法判斷、識(shí)別常見(jiàn)壓電元件的種類(lèi)，能正確說(shuō)出各種壓電元件的名稱(chēng)。（2）對(duì)壓電元件上標(biāo)識(shí)的型號(hào)能正確識(shí)讀，了解該壓電元件作用和特點(diǎn)。（3）會(huì)用萬(wàn)用表對(duì)壓電元件進(jìn)行正確測(cè)量，并對(duì)其質(zhì)量做出評(píng)價(jià)。（4）能用目視法判斷識(shí)別霍爾元件的種類(lèi)，能正確說(shuō)出霍爾元件的名稱(chēng)。（5）對(duì)霍爾元件上標(biāo)識(shí)的型號(hào)能正確識(shí)讀，了解該霍爾元件的作用和特點(diǎn)。（6）會(huì)用萬(wàn)用表對(duì)霍爾元件進(jìn)行正確測(cè)量，并對(duì)其質(zhì)量做出評(píng)價(jià)

學(xué)習(xí)方法:

該項(xiàng)目通過(guò)對(duì)各種壓電元件和霍爾元件進(jìn)行識(shí)別，再使用萬(wàn)用表對(duì)壓電元件和霍爾元件進(jìn)行測(cè)量，達(dá)到能判別壓電元件和霍爾元件質(zhì)量好壞的目的。項(xiàng)目實(shí)施方法與步驟【項(xiàng)目實(shí)施目標(biāo)】（1）熟悉各種壓電元件的類(lèi)型和用途。（2）熟悉各種壓電元件的外形和規(guī)格。（3）掌握用萬(wàn)用表檢測(cè)壓電元件的方法。（4）熟悉霍爾元件的類(lèi)型和用途。（5）熟悉霍爾元件的外形和規(guī)格。（6）掌握用萬(wàn)用表檢測(cè)霍爾元件的方法?！卷?xiàng)目實(shí)施器材】（1）電子產(chǎn)品：各種類(lèi)型的壓電元件和霍爾元件若干。（2）每?jī)蓚€(gè)人配備指針式萬(wàn)用表和數(shù)字式萬(wàn)用表各一只?！卷?xiàng)目實(shí)施步驟】（（1）識(shí)別各種類(lèi)型的壓電元件和霍爾元件，觀(guān)看其外部特征，識(shí)讀壓電元件和霍爾元件上的各種標(biāo)志。（2）用萬(wàn)用表對(duì)各種壓電元件進(jìn)行檢測(cè)。（3）用萬(wàn)用表對(duì)霍爾元件進(jìn)行檢測(cè)。（4）完成在項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)報(bào)告中要求的操作，將操作結(jié)果填入相應(yīng)的表格中。項(xiàng)目相關(guān)知識(shí)壓電元件是指利用“壓電”效應(yīng)制成的一系列器件。目前應(yīng)用比較廣泛的壓電器件有石英晶體、聲表面波濾波器、陶瓷諧振元件等，這些元件的運(yùn)用使電子產(chǎn)品的整體性能得到大幅度的提高。

知識(shí)1石英晶體

石英晶體又稱(chēng)為石英諧振器，它是利用石英的“壓電”特性而按特殊切割方式制成的一種電諧振元件。石英晶體元件具有性能穩(wěn)定、品質(zhì)因數(shù)高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，其電路符號(hào)及外形如圖13.1所示。圖13.1石英晶體的電路符號(hào)及外形1．石英晶體元件的結(jié)構(gòu)及性能石英晶體元件由石英晶片、晶片支架、外殼等構(gòu)成。石英晶體元件在電路中作用相當(dāng)于一個(gè)高Q值的LC諧振元件。因切割石英晶體時(shí)的方位不同，切割出來(lái)的石英晶片型狀也不相同，常見(jiàn)的切型有AT、BT、DT、X、Y等數(shù)種。不同切型的石英晶片其性能不同，特別是對(duì)頻率的溫度特性差別較大。晶片支架用于固定晶片及引出電極，晶片支架有焊線(xiàn)式和夾緊式兩種。石英晶體元件的封裝外殼有玻璃真空密封型、金屬殼封裝型、陶瓷外殼封裝及塑料外殼封裝型等。石英晶體元件一般有兩個(gè)電極，但也有多電極式的封裝。2．石英晶體元件的種類(lèi)和主要參數(shù)（1）石英晶體元件的種類(lèi)石英晶體元件按封裝外形有金屬殼、玻殼、膠木殼和塑封等幾種，按石英晶體元件的頻率穩(wěn)定度分，有普通型和高精度型，被廣泛應(yīng)用于彩電、手機(jī)、手表、電臺(tái)、DVD機(jī)等。盡管石英晶體元件的分類(lèi)形式較多，但彼此間的性能差別不大，只要體積及性能參數(shù)基本一致，許多石英晶體元件都可以互換使用。（2）石英晶體元件的主要參數(shù)石英晶體元件的主要參數(shù)有：標(biāo)稱(chēng)頻率、工作溫度、頻率偏移、溫度系數(shù)、負(fù)載電容、激勵(lì)電平等。①標(biāo)稱(chēng)頻率。在石英晶體成品上標(biāo)有一個(gè)標(biāo)稱(chēng)頻率，當(dāng)電路工作在這個(gè)標(biāo)稱(chēng)頻率時(shí)，其頻率穩(wěn)定度最高。這個(gè)標(biāo)稱(chēng)頻率通常是在成品出廠(chǎng)前，在石英晶體上并接一定的負(fù)載電容條件下測(cè)定的。②負(fù)載電容。所謂石英晶體的負(fù)載電容，是指從晶振的插腳兩端向振蕩電路的方向看進(jìn)去的等效電容，即指與晶振插腳兩端相關(guān)聯(lián)的集成電路內(nèi)部及外圍的全部有效電容之和。3．石英晶體元件的命名國(guó)產(chǎn)石英晶體元件的型號(hào)命名由3部分組成。第1部分用字母表示外殼材料及形狀，如用J表示金屬外殼，S表示塑料外殼，B表示玻璃外殼等。第2部分用字母表示晶體片的切割方式，如A表示晶體切型為AT型，B表示晶體切型為BT型等。第3部分用數(shù)字表示石英晶體元件的主要參數(shù)性能及外形尺寸，如用4.433

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75表示石英晶體元件的標(biāo)稱(chēng)工作頻率。4．石英晶體元件的檢測(cè)檢測(cè)石英晶體通常采用以下幾種方法，在實(shí)際維修中更為常用的是用代換法來(lái)判斷石英晶體的好壞。（1）電阻法將萬(wàn)用表置于“R×10

k”擋，測(cè)量石英晶體兩引腳之間的電阻值，應(yīng)為無(wú)窮大。若實(shí)測(cè)電阻值不為無(wú)窮大甚至出現(xiàn)電阻為零的情況，則說(shuō)明晶體內(nèi)部存在漏電或短路性故障。（2）在路測(cè)壓法現(xiàn)以鑒別彩電遙控器晶體好壞為例，介紹此法的具體操作。將遙控器后蓋打開(kāi)，找到晶體所在位置和電源負(fù)端（一般彩電遙控器均采用兩節(jié)1.5

V干電池串聯(lián)供電）；把萬(wàn)用表置于直流10

V電壓擋，黑表筆固定接在電源的負(fù)端。先在不按遙控鍵的狀態(tài)下，用紅表筆分別測(cè)出晶體兩引腳的電壓值，正常情況下，一只腳為0V，另一只腳為3V（供電電壓）左右；然后按下遙控器上的任一功能鍵，再用紅表筆分別測(cè)出晶體兩引腳的電壓值，正常情況下，兩腳電壓均為1.5V（供電電壓的一半）左右。若所得數(shù)值與正常值差異較大，則說(shuō)明晶體工作不正常。（3）電筆測(cè)試法用一只試電筆，將其刀頭插入交流市電的火線(xiàn)孔內(nèi)，用手捏住晶體的任一只引腳，將另一只引腳觸碰試電筆頂端的金屬部分，若試電筆氖管發(fā)光，說(shuō)明晶體是好的，否則，說(shuō)明晶體已損壞。知識(shí)2陶瓷元件、聲表面波濾波器和霍爾元件陶瓷元件與石英晶體元件一樣，也是利用“壓電”效應(yīng)制成的一種元件，在無(wú)線(xiàn)電接收設(shè)備中運(yùn)用非常廣泛，如在彩電的中頻放大電路中都采用了不同類(lèi)型的陶瓷元件。1．陶瓷元件（1）陶瓷元件的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)陶瓷元件是在由鋯鈦酸鋁陶瓷材料制成的薄片兩邊鍍上金屬銀層，然后在銀層上做出電極引線(xiàn)，最后用塑料等材料封裝而成。陶瓷元件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性、等效電路等與石英晶體元件相似，但其頻率精度、頻率穩(wěn)定性等指標(biāo)比石英晶體元件要差一些。（2）陶瓷元件的分類(lèi)及命名方式陶瓷元件按用途和功能，可分為陶瓷陷波器、陶瓷濾波器、陶瓷鑒頻器、陶瓷諧振器等；按其引出的電極數(shù)目分為兩電極陶瓷元件、三電極陶瓷元件和四電極以上的多電極陶瓷元件。陶瓷元件一般采用塑料殼封裝或復(fù)合材料封裝形式，也有的采用金屬殼封裝形式。國(guó)產(chǎn)陶瓷元件的型號(hào)命名由5部分組成，其各部分符號(hào)及意義如表13.4所示。第1部分元件功能第2部分材料性質(zhì)第3部分第4部分第5部分符號(hào)意義符號(hào)意義符號(hào)意義符號(hào)意義符號(hào)意義L濾波器T壓電陶磁W或B形狀數(shù)字和K頻率和單位（kHz）字母表示產(chǎn)品系列X陷波器J鑒頻器數(shù)字和M頻率和單位（MHz）Z諧振器國(guó)產(chǎn)陶瓷元件的型號(hào)命名表（3）陶瓷元件的主要參數(shù)及更換陶瓷元件的主要參數(shù)有標(biāo)稱(chēng)頻率、插入損耗、陷波深度、失真度、鑒頻輸出電壓、通帶寬度、諧振阻抗等，選用和更換陶瓷元件時(shí)只要其型號(hào)和標(biāo)稱(chēng)頻率一致即可。2．聲表面波濾波器（SAWF）聲表面波濾波器（SAWF）是一種集成濾波器，它利用“壓電”和“反壓電”的原理進(jìn)行信號(hào)的傳播。不同頻率的信號(hào)，在SAWF中換能的能力不同，從而形成了對(duì)不同頻率信號(hào)的濾波作用。（1）聲表面波濾波器（SAWF）結(jié)構(gòu)聲表面波濾波器由壓電晶體基片及輸入換能器、輸出換能器組成。壓電晶體通常由鈮酸鋰材料制成，換能器呈叉指形，它將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械波，再將機(jī)械波轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。叉指形換能器的幾何尺寸和形狀，決定了濾波器的通頻帶特性。聲表面波濾器（SAWF）的特點(diǎn)是：選擇性好，吸收深度可達(dá)-35～?40

dB；幅頻特性及相頻特性好，且無(wú)須調(diào)整；溫度穩(wěn)定性好，不易老化；過(guò)載能力強(qiáng)，不會(huì)因?yàn)檩斎胄盘?hào)的大小而引起頻率特性的變化。但它也存在插入損耗大、傳輸效率低和有3次反射等缺點(diǎn)。（2）聲表面波濾器（SAWF）的主要參數(shù) 聲表面波濾波器（SAWF）的主要參數(shù)有：中心頻率、帶寬、矩形系數(shù)、插入損耗、最大帶外抑制、幅度波動(dòng)、線(xiàn)性相位偏移等。3．霍爾元件（1）霍爾元件的特性利用霍爾效應(yīng)制成的半導(dǎo)體元件叫霍爾元件。所謂霍爾效應(yīng)是指當(dāng)半導(dǎo)體上通過(guò)電流且電流的方向與外界磁場(chǎng)方向相垂直時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上產(chǎn)生霍爾電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。（2）霍爾元件的種類(lèi)霍爾器件所用的材料有：鍺、硅、銻化銦、砷化銦、砷化鎵等。霍爾器件按制作與識(shí)別可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是用半導(dǎo)體單晶加工而成，稱(chēng)為體型霍爾器件；另一類(lèi)是利用真空蒸發(fā)或外延、擴(kuò)散等與識(shí)別在適當(dāng)?shù)囊r底上制成半導(dǎo)體單晶或多晶薄膜，稱(chēng)為薄膜型霍爾器件。薄膜型霍爾器件可制作在集成電路中。霍爾元件的工作原理和外形如圖13.2所示。圖13.2霍爾元件的工作原理和外形由原理圖可見(jiàn)，在半導(dǎo)體的薄片兩端通以控制電流，并在薄片的垂直方向施加感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，則在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上將產(chǎn)生電勢(shì)為VH的霍爾電勢(shì)，它們之間的關(guān)系為：

VH=KHIB式中，KH為霍爾靈敏度，它是一個(gè)與材料和幾何尺寸有關(guān)的系數(shù)。霍爾元件通常有4個(gè)引腳，即兩個(gè)電源端和兩個(gè)輸出端。它的電路符號(hào)和典型應(yīng)用電路如圖13.3所示。E為直流供電電源，RP為控制電流I大小的電位器。I通常為幾十至幾百毫安；RL是VH的負(fù)載?；魻栐哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率特性?xún)?yōu)良（從直流到微波）、靈敏度高、體積小、壽命長(zhǎng)等突出特點(diǎn)，因此，被廣泛用于位移量測(cè)量、磁場(chǎng)測(cè)量、接近開(kāi)關(guān)以及限位開(kāi)關(guān)電路中。（3）霍爾元件的檢測(cè)①測(cè)量輸入電阻和輸出電阻：測(cè)量時(shí)要注意正確選擇萬(wàn)用表的電阻擋量程，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。對(duì)于HZ系列產(chǎn)品應(yīng)選擇萬(wàn)用表的“R×10”擋測(cè)量；對(duì)于HT與HS系列產(chǎn)品應(yīng)采用萬(wàn)用表的“R×1”擋測(cè)量，測(cè)量結(jié)果應(yīng)與手冊(cè)的參數(shù)值相符。如果測(cè)出的阻值為無(wú)窮大或?yàn)榱悖f(shuō)明被測(cè)霍爾元件已經(jīng)損壞。②檢測(cè)靈敏度（KH）：一般采用雙表法，將一只表置于“R×1”或“R×10”擋（根據(jù)控制電流I大小而定），為霍爾元件提供控制電流，將另一只萬(wàn)用表置于直流2.5V擋，用來(lái)測(cè)量霍爾元件輸出的電動(dòng)勢(shì)VH。用一塊條形磁鐵垂直靠近霍爾元件表面，此時(shí)，電壓表的指針應(yīng)明顯向右偏轉(zhuǎn)。在測(cè)試條件相同的情況下，電壓表的指針向右偏轉(zhuǎn)的角度越大，表明被測(cè)霍爾元件的靈敏度（KH）越高。測(cè)試時(shí)要注意不要將霍爾元件的輸入、輸出端引線(xiàn)接反，否則，將測(cè)不出正確結(jié)果。圖13.3霍爾元件電路符號(hào)和典型應(yīng)用電路新器件與新技術(shù)片狀元器件的包裝和貼裝方法1．片狀元器件的包裝形式目前生產(chǎn)的片狀元器件有3種形式的包裝。①散裝。供手工貼裝用。②盒式包裝。將片狀元器件按一定方向排列在朔料盒中，適合夾具式貼片機(jī)使用。③編帶包裝。將片狀元器件一定方向逐只裝入紙編帶或塑料編帶的孔中并封裝，再按一定方向繞在帶盤(pán)上，適合全自動(dòng)貼片機(jī)使用。2．片狀元件的貼裝方法（1）專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)片狀元器件的焊接技術(shù)被稱(chēng)為表面組裝技術(shù)，就是將片狀元器件的焊接端子對(duì)準(zhǔn)印制板上的焊盤(pán)，利用粘接劑或焊膏的粘性把片狀元器件貼到印制板上，然后通過(guò)再流焊實(shí)現(xiàn)焊接。典型的與識(shí)別流程如下。印制板設(shè)計(jì)→涂粘接劑或印刷焊膏→貼裝片狀元器件→再流焊→清洗→測(cè)試。（2）人工焊接人工焊接采用電烙鐵進(jìn)行手工操作，為了防止焊接時(shí)元器件移位，可先用粘貼劑將元件粘貼在印制板上的對(duì)應(yīng)位置，膠點(diǎn)的大小與位置要合適。待膠固化后，再刷上助焊劑，然后