Alcune strutture cristalline danno una carica elettrica quando sollecitate o attorcigliate, il che è noto come effetto piezoelettrico. Questo è usato in molti circuiti elettronici. Un attuatore lineare piezoelettrico utilizza questo effetto al contrario, poiché una corrente elettrica causa il movimento nel cristallo. Questi attuatori si trovano spesso nei motori microelettronici, o molto piccoli, e dove sono necessari piccoli movimenti in linea retta, come i microinterruttori.
Esistono due tipi principali di attuatori piezoelettrici, a passo e ad azione continua, che si differenziano per l’azione che risulta dall’assorbimento elettrico. Un cristallo piezoelettrico a gradini sposta una quantità misurabile ad ogni attivazione elettrica. Questo è il tipo di movimento normalmente associato a un attuatore lineare piezoelettrico, che si muove avanti e indietro con un movimento lineare o rettilineo.
Molti cristalli piezoelettrici hanno anche frequenze di risonanza, in cui un ingresso elettrico di una tensione specifica farà risuonare o vibrare il cristallo a una velocità specifica. Gli effetti della frequenza di risonanza possono essere utilizzati per attuatori continui, dove ogni vibrazione provoca un piccolo movimento. Sfruttando la risonanza, i piccoli movimenti possono essere combinati in un movimento che appare continuo.
Un attuatore lineare piezoelettrico utilizza un cuscinetto di attrito su una superficie del cristallo che può essere posizionato adiacente a un’asta, una ruota o un altro dispositivo che deve essere spostato. Quando il cristallo si muove, il pad di attrito trasferisce quel movimento al dispositivo. Dopo che l’input elettrico viene interrotto, il cristallo ritorna alla sua forma originale e il pad di attrito si allontana dal dispositivo fino alla successiva attivazione.
La stratificazione o l’impilamento di singoli cristalli può comportare movimenti più ampi. I collegamenti elettrici vengono effettuati a ciascun cristallo nello stack e, quando attivato, il movimento combinato è approssimativamente la somma di ciascun cristallo nello stack. Posizionare i cristalli uno di fronte all’altro lungo la lunghezza dell’attuatore può creare movimenti lineari più lunghi. L’ingresso elettrico si alterna ai cristalli su ciascun lato dell’asta dell’attuatore lineare piezoelettrico, il che lo fa muovere più lontano di un singolo ingresso.
Il movimento della struttura cristallina non dipende solo dalla carica elettrica, ma dalla polarità o direzione del flusso di elettroni. L’inversione della polarità elettrica può far muovere o deformare i cristalli nella direzione opposta. Questo effetto viene utilizzato per spostare un attuatore lineare piezoelettrico nella direzione opposta o avanti e indietro cambiando ripetutamente la polarità.