Mechanismus zvuku piezoelektrického bzučáku

Piezoelektrické bzučáky jsou široce používány v různých elektronických zařízeních, jako jsou alarmy, časovače a elektronické hračky.Jsou oblíbenou volbou pro svou kompaktní velikost, nízkou spotřebu energie a vysokou spolehlivost.V tomto článku prozkoumáme mechanismus generování zvuku v piezoelektrických bzučákech.

Úvod

Piezoelektrické bzučáky jsou zařízení, která přeměňují elektrickou energii na mechanické vibrace, které zase generují zvukové vlny.Bzučáky se skládají z piezoelektrického keramického disku, který je vložen mezi dvě kovové elektrody.Když se na elektrody přivede střídavé napětí, disk vibruje a vytváří zvukové vlny.

Piezoelektrický  efekt

Piezoelektrický jev je schopnost určitých materiálů generovat elektrický náboj v reakci na mechanické namáhání a naopak.Piezoelektrické materiály mají krystalickou strukturu, která je vysoce uspořádaná a symetrická.Když je materiál vystaven mechanické síle, naruší se symetrie krystalové mřížky, což má za následek vznik elektrického náboje.

Princip fungování piezoelektrických bzučáků

Piezoelektrické bzučáky se skládají z piezoelektrického keramického disku, který je namontován na kovové desce.Kovová deska funguje jako membrána, která zesiluje vibrace generované piezoelektrickým kotoučem.Když je na elektrody přivedeno střídavé napětí, piezoelektrický kotouč se rychle roztahuje a smršťuje, což způsobuje vibraci kovové desky.Tato vibrace vytváří 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, stejně jako na frekvenci a amplitudě střídavého napětí aplikovaného na elektrody.Obecně platí, že menší keramické disky produkují vyšší frekvence, zatímco větší disky produkují nižší frekvence.Podobně vyšší napětí produkuje větší amplitudy, což má za následek hlasitější zvuky.

Typy piezoelektrických bzučáků

Existují dva hlavní typy piezoelektrických bzučáků: samočinné a externě poháněné.Samohybné bzučáky mají vestavěný oscilátor, který generuje střídavé napětí potřebné k pohonu piezoelektrického disku.Externě řízené bzučáky vyžadují externí oscilátor, který zajišťuje střídavé napětí.

Aplikace piezoelektrických bzučáků

Piezoelektrické bzučáky se používají v široké řadě aplikací, včetně:

• Alarmy a časovače

• Elektronické hračky

• Automobilové výstražné systémy

• Lékařské přístroje

• Domácí spotřebiče

  
  

Výhody piezoelektrických bzučáků

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

• Kompaktní velikost

• Malá spotřeba energie

• Vysoká spolehlivost

• Široký rozsah provozních teplot

• Nízké elektromagnetické rušení

  
  

Nevýhody piezoelektrických bzučáků

Navzdory mnoha výhodám mají piezoelektrické bzučáky také některé nevýhody, včetně:

• Omezený frekvenční rozsah

• Omezená hladina akustického tlaku

• Špatná kvalita zvuku

  
  

Závěr

Piezoelektrické bzučáky jsou všestranná zařízení, která se používají v široké řadě elektronických aplikací.Mechanismus jejich činnosti je založen na piezoelektrickém jevu, který umožňuje určitým materiálům přeměnit elektrickou energii na mechanické vibrace.Díky pochopení principů piezoelektrických bzučáků mohou konstruktéři vybrat 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 piezoelektrická keramika přilne k kovové desce z mosazi nebo slitiny niklu.

Mechanismus produkce zvuku pro piezo membrány

Když se na piezoelektrickou keramiku přivede napětí, rozšíří se v její rovině.Když je na piezoelektrickou membránu přivedeno napětí, protože kovová deska není napnutá, je ohnuta, jak je znázorněno na (a).Když se polarita přivedeného napětí obrátí, piezoelektrická keramika se smrští a kovová deska se ohne na opačnou stranu, jak je znázorněno na (b).

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