Seramik Kapasitörlerde Piezoelektrik Etkisi

Piezoelektrik Etkisi

Piezoelektrik etki dediğimiz olay bazı malzemelerin baskı sonucunda gerilim oluşturmasıdır. 1880 yılında Pierre ve Jacques Curie kardeşler tarafından bir kristal üstünde deneyler yaparken keşfedilmiştir. Bu maddelere eğer gerilim verilirse ters piezoelektrik etkisi görülebilir. Piezeelektrik etkisi kristal osilatörler, alarmlar, hassas mikrofonlar ve MEMS sensörlerde vb. görülmektedir.

Piezoelektrik etkisini sağlamak için pek çok madde bulunmaktadır. Bunlar organik ya da inorganik maddeler olabilir. En bilinen piezoelektrik maddeleri kuvars(SiO₂), rochelle tuzu, kurşun titanat(PbTiO₃), berlinite, turmalin, baryum titanat(BaTiO₃), çinko oksit(ZnO), ipek, ahşap ve daha binlerce madde sıralanabilir.

Son yıllarda piezoelektrik etki hakkında araştırmalar artmış ve bu oluşan gerilimden yararlanmayı hedefleyen proje fikirleri yaygınlaşmıştır.

Titreşimin Elektronik Devreler Üstündeki Etkileri

Titreşim yalnızca görünür düzeyde ve şiddetli titreşimler olmak zorunda değil güçsüz ve sürekli titreşimler devrelerin bozulmasına, kararsız çalışmasına, hatalı ölçümler yapmasına ya da pcb üstünden belirli komponentlerin kopması ile sonuçlanabilir. Özellikle dip kılıftaki komponentlerde sürekli titreşim komponentlerin bacaklarının kopmasına sebep olmaktadır. Bu nedenle uydular veya diğer hassas sistemler seri üretime geçirilmeden önce titreşim testlerine sokulurlar.

Ben bu yazımda titreşim ve piezoelektrik olayın elektronik devreleri üstünde oluşturduğu etkileri inceleyeceğim.

Seramik Kapasitörlerde Piezoelektrik Olayı

Bu etkiyi anlayabilmemiz için öncelikle seramik kapasitörlerin yapısını incelememiz gerekli.

Şekil 1.1 - Seramik Kapasitörlerin İç Katmanları

Şekil 1.1'de gördüğünüz gibi seramik kapasitörler bu şekilde katmanlardan oluşmaktadır. Bu katmanlar iletken(nikel) ve yalıtkan olarak ayrılırlar. Bu yalıtan katman için genellikle BaTiO₃ veya CaZrO₃ kullanılmaktadır. Bildiğiniz gibi bu bileşikler piezoelektrik etkinin oluşmasını sağlayan başlıca bileşiklerdendir. Bu nedenle eğer seramik kapasitör bulunan bir devre titreşime maruz kalırsa katmanlar arasında basınçlar oluşacak ve piezoelektrik etkisi karşımıza çıkacaktır. Yani kapasitörün kutuplarında bir miktar gerilim oluşacaktır. Bu durum çoğu devre için önemsiz kabul edilse de hassas ölçüm devrelerinde bu duruma dikkat edilmektedir.

Bu etki yalnızca seramik kapasitörlerde değil mems sensör yapılarında da karşımıza çıkmaktadır. İvme sensörleri zaten piezoeleketrik etkisi kullanıdığı için titreşimden etkilenmesi işten bile değil. Ancak diğer kapasitif etkiyi kullanan mems sensörlerinde de katmanlar arasındaki basınç etkisi kısa sürekli yüksek empedanslı gerilimler oluştursa da bu sensörlerin bozulmasına ya da kararsız çalışmalarına sebep olabilir.

Kim bilir belki de 3. Türk tamir yöntemi olan "vurma" yönteminin temelini oluşturuyordur :)