压电元件串联连接

定义与连接方式

压电元件串联连接是指将两个同规格压电元件的不同极性端黏结在一起，中间黏结处正负电荷中和，形成电气上的串联结构。这种连接方式与并联连接（同极性黏结）相对应。

电学关系

设单片压电元件的电荷量为 $Q$，电容为 $C_a$，输出电压为 $U$。串联后：

• 总电荷量：$Q^{\mathrm{\prime }}=Q$（与单片相同）
• 总电容：$C_a^{\mathrm{\prime }}=C_a\mathrm{/}2$（减半）
• 输出电压：$U^{\mathrm{\prime }}=2U$（加倍）

其中，$Q$ 的单位为库仑（C），$C_a$ 的单位为法拉（F），$U$ 的单位为伏特（V）。

原理简述

串联时，两压电元件产生的电荷在中间黏结处正负中和，使得上、下极板上的电荷量与单片时相同，因此总电荷量不变。由于两元件在电气上串联，等效电容为两电容串联，即 $C_a^{\mathrm{\prime }}=\frac{C_a\cdot C_a}{C_a+C_a}=\frac{C_a}{2}$。在电荷量不变的情况下，根据 $U=Q\mathrm{/}C$，电容减半导致输出电压加倍。

适用场合

串联法输出电压大、本身电容小，适宜以电压作为输出信号且测量电路输入阻抗很高的场合。这是因为输出电压增大有利于信号传输，而电容小则要求测量电路具有高输入阻抗以避免电荷快速泄放。

与并联连接的对比

并联连接（同极性黏结）时，总电荷量加倍（$Q^{\mathrm{\prime }}=2Q$），总电容加倍（$C_a^{\mathrm{\prime }}=2C_a$），输出电压不变（$U^{\mathrm{\prime }}=U$），适用于测量慢变信号且以电荷作为输出量的场合。串联连接则相反，适用于电压输出和高输入阻抗场合。