Mechanismus piezoelektrického zvuku bzučáku

Piezoelektrické bzučáky se široce používají v různých elektronických zařízeních, jako jsou alarmy, časovače a elektronické hračky. Jsou oblíbenou volbou díky jejich kompaktní velikosti, nízké spotřebě energie a vysoké spolehlivosti. V tomto článku prozkoumáme mechanismus za generováním zvuku v piezoelektrických bzučeních.

Zavedení

Piezoelektrické bzučáky jsou zařízení, která přeměňují elektrickou energii na mechanické vibrace, které zase vytvářejí zvukové vlny. Bzučení se skládá z piezoelektrického keramického disku, který je vložen mezi dvě kovové elektrody. Když je na elektrodách aplikováno napětí střídavého proudu, disk vibruje a generuje zvukové vlny.

Piezoelektrický  účinek

Piezoelektrický účinek je schopnost určitých materiálů generovat elektrický náboj v reakci na mechanické napětí a naopak. Piezoelektrické materiály mají krystalickou strukturu, která je vysoce uspořádaná a symetrická. Když je materiál vystaven mechanické síle, je narušena symetrie krystalové mřížky, což vede k vytvoření elektrického náboje.

Pracovní princip piezoelektrických bzučení

Piezoelektrické bzučáky se skládají z piezoelektrického keramického disku, který je namontován na kovové desce. Kovová deska působí jako membrána, která zesiluje vibrace generované piezoelektrickým disku. Když je na elektrodách aplikováno napětí střídavého proudu, piezoelektrický disk se rychle rozšiřuje a kontrastuje, což způsobí, že kovová deska vibruje. Tato vibrace generuje zvukové vlny, které jsou zesíleny membránou a vyzařovány do okolního vzduchu.

Frekvence a amplituda

Frekvence a amplituda zvuku generovaného piezoelektrickým bzučákem závisí na velikosti a tvaru keramického disku, jakož i na frekvenci a amplitudě střídavého napětí aplikovaného na elektrody. Obecně platí, že menší keramické disky produkují vyšší frekvence, zatímco větší disky vytvářejí nižší frekvence. Podobně vyšší napětí produkují větší amplitudy, což vede k hlasitějším zvukům.

Typy piezoelektrických bzučení

Existují dva hlavní typy piezoelektrických bzučení: samostatně řízené a externě poháněné. Samostatné bzučáky mají vestavěný oscilátor, který generuje střídavé napětí potřebné k řízení piezoelektrického disku. Externě poháněné bzučáky vyžadují externí oscilátor, aby poskytoval střídavé napětí.

Aplikace piezoelektrických bzučení

Piezoelektrické bzučáky se používají v široké škále aplikací, včetně:

• Alarmy a časovače

• Elektronické hračky

• Automobilové varovné systémy

• Zdravotnické prostředky

• Domácí spotřebiče

  
  

Výhody piezoelektrických bzučení

Piezoelektrické bzučáky nabízejí několik výhod oproti jiným typům zvukových generátorů, včetně:

• Kompaktní velikost

• Nízká spotřeba energie

• Vysoká spolehlivost

• Široký rozsah provozních teplot

• Nízké elektromagnetické rušení

  
  

Nevýhody piezoelektrických bzučení

Přes jejich mnoho výhod, piezoelektrické bzučáky mají také některé nevýhody, včetně:

• Omezený frekvenční rozsah

• Omezená úroveň zvukového tlaku

• Špatná kvalita zvuku

  
  

Závěr

Piezoelektrické bzučáky jsou všestranná zařízení, která se používají v široké škále elektronických aplikací. Mechanismus jejich provozu je založen na piezoelektrickém účinku, který umožňuje určitým materiálům přeměnit elektrickou energii na mechanické vibrace. Pochopením principů za piezoelektrickými bzučáky si mohou návrháři vybrat ten správný typ bzučáku pro svou aplikaci a optimalizovat jeho výkon.

Struktura piezoelektrické membrány

Piezoelektrický zvukový prvek musí mít piezoelektrickou membránu.

Jedná se o jednoduchou strukturu, ve které se piezoelektrická keramika drží mosazi nebo kovové desky slitiny niklu.

Mechanismus produkce zvuku pro piezo membrány

Když je napětí napětí na piezoelektrickou keramiku, rozprostírá se v rovině. Když je napětí napětí na piezoelektrickou membránu, protože kovová deska není natažena, je ohnutá, jak je znázorněno v (a). Když se zvrátí polarita aplikovaného napětí, piezoelektrická keramická zmenšuje se a kovová deska je ohnutá směrem k opačné straně, jak je uvedeno v (b).

Když se směr aplikovaného napětí střídá, stavy (a) a (b) se opakují a jak je znázorněno v (c), zvukové vlny se generují ve vzduchu.