項目13

壓電元件和霍爾元件的檢測與識別

項目要求:通過對各種壓電元件和霍爾元件的實際識別和測量，要求學生會識別壓電元件和霍爾元件的種類，熟悉常見壓電元件和霍爾元件的名稱，了解不同類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方法

知識要求:（1）掌握常見壓電元件的種類和用途。（2）掌握壓電元件的主要參數。（3）掌握壓電元件的檢測方法。（4）掌握霍爾元件的種類和用途。（5）掌握霍爾元件的主要參數。（6）掌握霍爾元件的檢測方法。

能力要求

:（1）能用目視法判斷、識別常見壓電元件的種類，能正確說出各種壓電元件的名稱。（2）對壓電元件上標識的型號能正確識讀，了解該壓電元件作用和特點。（3）會用萬用表對壓電元件進行正確測量，并對其質量做出評價。（4）能用目視法判斷識別霍爾元件的種類，能正確說出霍爾元件的名稱。（5）對霍爾元件上標識的型號能正確識讀，了解該霍爾元件的作用和特點。（6）會用萬用表對霍爾元件進行正確測量，并對其質量做出評價

學習方法:

該項目通過對各種壓電元件和霍爾元件進行識別，再使用萬用表對壓電元件和霍爾元件進行測量，達到能判別壓電元件和霍爾元件質量好壞的目的。項目實施方法與步驟【項目實施目標】（1）熟悉各種壓電元件的類型和用途。（2）熟悉各種壓電元件的外形和規格。（3）掌握用萬用表檢測壓電元件的方法。（4）熟悉霍爾元件的類型和用途。（5）熟悉霍爾元件的外形和規格。（6）掌握用萬用表檢測霍爾元件的方法。【項目實施器材】（1）電子產品：各種類型的壓電元件和霍爾元件若干。（2）每兩個人配備指針式萬用表和數字式萬用表各一只。【項目實施步驟】（（1）識別各種類型的壓電元件和霍爾元件，觀看其外部特征，識讀壓電元件和霍爾元件上的各種標志。（2）用萬用表對各種壓電元件進行檢測。（3）用萬用表對霍爾元件進行檢測。（4）完成在項目實訓報告中要求的操作，將操作結果填入相應的表格中。項目相關知識壓電元件是指利用“壓電”效應制成的一系列器件。目前應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，這些元件的運用使電子產品的整體性能得到大幅度的提高。

知識1石英晶體

石英晶體又稱為石英諧振器，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定、品質因數高、體積小等優點，其電路符號及外形如圖13.1所示。圖13.1石英晶體的電路符號及外形1．石英晶體元件的結構及性能石英晶體元件由石英晶片、晶片支架、外殼等構成。石英晶體元件在電路中作用相當于一個高Q值的LC諧振元件。因切割石英晶體時的方位不同，切割出來的石英晶片型狀也不相同，常見的切型有AT、BT、DT、X、Y等數種。不同切型的石英晶片其性能不同，特別是對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電極，但也有多電極式的封裝。2．石英晶體元件的種類和主要參數（1）石英晶體元件的種類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定度分，有普通型和高精度型，被廣泛應用于彩電、手機、手表、電臺、DVD機等。盡管石英晶體元件的分類形式較多，但彼此間的性能差別不大，只要體積及性能參數基本一致，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石英晶體元件的主要參數有：標稱頻率、工作溫度、頻率偏移、溫度系數、負載電容、激勵電平等。①標稱頻率。在石英晶體成品上標有一個標稱頻率，當電路工作在這個標稱頻率時，其頻率穩定度最高。這個標稱頻率通常是在成品出廠前，在石英晶體上并接一定的負載電容條件下測定的。②負載電容。所謂石英晶體的負載電容，是指從晶振的插腳兩端向振蕩電路的方向看進去的等效電容，即指與晶振插腳兩端相關聯的集成電路內部及外圍的全部有效電容之和。3．石英晶體元件的命名國產石英晶體元件的型號命名由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部分用數字表示石英晶體元件的主要參數性能及外形尺寸，如用4.433

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75表示石英晶體元件的標稱工作頻率。4．石英晶體元件的檢測檢測石英晶體通常采用以下幾種方法，在實際維修中更為常用的是用代換法來判斷石英晶體的好壞。（1）電阻法將萬用表置于“R×10

k”擋，測量石英晶體兩引腳之間的電阻值，應為無窮大。若實測電阻值不為無窮大甚至出現電阻為零的情況，則說明晶體內部存在漏電或短路性故障。（2）在路測壓法現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，找到晶體所在位置和電源負端（一般彩電遙控器均采用兩節1.5

V干電池串聯供電）；把萬用表置于直流10

V電壓擋，黑表筆固定接在電源的負端。先在不按遙控鍵的狀態下，用紅表筆分別測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。若所得數值與正常值差異較大，則說明晶體工作不正常。（3）電筆測試法用一只試電筆，將其刀頭插入交流市電的火線孔內，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，若試電筆氖管發光，說明晶體是好的，否則，說明晶體已損壞。知識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”效應制成的一種元件，在無線電接收設備中運用非常廣泛，如在彩電的中頻放大電路中都采用了不同類型的陶瓷元件。1．陶瓷元件（1）陶瓷元件的結構及特點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，最后用塑料等材料封裝而成。陶瓷元件的基本結構、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、頻率穩定性等指標比石英晶體元件要差一些。（2）陶瓷元件的分類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合材料封裝形式，也有的采用金屬殼封裝形式。國產陶瓷元件的型號命名由5部分組成，其各部分符號及意義如表13.4所示。第1部分元件功能第2部分材料性質第3部分第4部分第5部分符號意義符號意義符號意義符號意義符號意義L濾波器T壓電陶磁W或B形狀數字和K頻率和單位（kHz）字母表示產品系列X陷波器J鑒頻器數字和M頻率和單位（MHz）Z諧振器國產陶瓷元件的型號命名表（3）陶瓷元件的主要參數及更換陶瓷元件的主要參數有標稱頻率、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只要其型號和標稱頻率一致即可。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”的原理進行信號的傳播。不同頻率的信號，在SAWF中換能的能力不同，從而形成了對不同頻率信號的濾波作用。（1）聲表面波濾波器（SAWF）結構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，它將電壓信號轉換成機械波，再將機械波轉換成電壓信號。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）的特點是：選擇性好，吸收深度可達-35～?40

dB；幅頻特性及相頻特性好，且無須調整；溫度穩定性好，不易老化；過載能力強，不會因為輸入信號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。（2）聲表面波濾器（SAWF）的主要參數 聲表面波濾波器（SAWF）的主要參數有：中心頻率、帶寬、矩形系數、插入損耗、最大帶外抑制、幅度波動、線性相位偏移等。3．霍爾元件（1）霍爾元件的特性利用霍爾效應制成的半導體元件叫霍爾元件。所謂霍爾效應是指當半導體上通過電流且電流的方向與外界磁場方向相垂直時，在垂直于電流和磁場的方向上產生霍爾電動勢的現象。（2）霍爾元件的種類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別可分為兩大類：一類是用半導體單晶加工而成，稱為體型霍爾器件；另一類是利用真空蒸發或外延、擴散等與識別在適當的襯底上制成半導體單晶或多晶薄膜，稱為薄膜型霍爾器件。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，在半導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強度為B的磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上將產生電勢為VH的霍爾電勢，它們之間的關系為：

VH=KHIB式中，KH為霍爾靈敏度，它是一個與材料和幾何尺寸有關的系數。霍爾元件通常有4個引腳，即兩個電源端和兩個輸出端。它的電路符號和典型應用電路如圖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的負載。霍爾元件具有結構簡單、頻率特性優良（從直流到微波）、靈敏度高、體積小、壽命長等突出特點，因此，被廣泛用于位移量測量、磁場測量、接近開關以及限位開關電路中。（3）霍爾元件的檢測①測量輸入電阻和輸出電阻：測量時要注意正確選擇萬用表的電阻擋量程，以保證測量的準確度。對于HZ系列產品應選擇萬用表的“R×10”擋測量；對于HT與HS系列產品應采用萬用表的“R×1”擋測量，測量結果應與手冊的參數值相符。如果測出的阻值為無窮大或為零，說明被測霍爾元件已經損壞。②檢測靈敏度（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，將另一只萬用表置于直流2.5V擋，用來測量霍爾元件輸出的電動勢VH。用一塊條形磁鐵垂直靠近霍爾元件表面，此時，電壓表的指針應明顯向右偏轉。在測試條件相同的情況下，電壓表的指針向右偏轉的角度越大，表明被測霍爾元件的靈敏度（KH）越高。測試時要注意不要將霍爾元件的輸入、輸出端引線接反，否則，將測不出正確結果。圖13.3霍爾元件電路符號和典型應用電路新器件與新技術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上，適合全自動貼片機使用。2．片狀元件的貼裝方法（1）專業生產片狀元器件的焊接技術被稱為表面組裝技術，就是將片狀元器件的焊接端子對準印制板上的焊盤，利用粘接劑或焊膏的粘性把片狀元器件貼到印制板上，然后通過再流焊實現焊接。典型的與識別流程如下。印制板設計→涂粘接劑或印刷焊膏→貼裝片狀元器件→再流焊→清洗→測試。（2）人工焊接人工焊接采用電烙鐵進行手工操作，為了防止焊接時元器件移位，可先用粘貼劑將元件粘貼在印制板上的對應位置，膠點的大小與位置要合適。待膠固化后，再刷上助焊劑，然后