Mechanismus des piezoelektrischen Summertons

Piezoelektrische Summer werden häufig in verschiedenen elektronischen Geräten wie Alarmen, Timern und elektronischem Spielzeug verwendet.Aufgrund ihrer kompakten Größe, ihres geringen Stromverbrauchs und ihrer hohen Zuverlässigkeit sind sie eine beliebte Wahl.In diesem Artikel untersuchen wir den Mechanismus hinter der Tonerzeugung in piezoelektrischen Summern.

Einführung

Piezoelektrische Summer sind Geräte, die elektrische Energie in mechanische Schwingungen umwandeln, die wiederum Schallwellen erzeugen.Die Summer bestehen aus einer piezoelektrischen Keramikscheibe, die zwischen zwei Metallelektroden liegt.Wenn an die Elektroden eine Wechselspannung angelegt wird, vibriert die Scheibe und erzeugt Schallwellen.

Piezoelektrischer  Effekt

Der piezoelektrische Effekt ist die Fähigkeit bestimmter Materialien, als Reaktion auf mechanische Belastung eine elektrische Ladung zu erzeugen und umgekehrt.Piezoelektrische Materialien haben eine kristalline Struktur, die hochgeordnet und symmetrisch ist.Wenn das Material einer mechanischen Kraft ausgesetzt wird, wird die Symmetrie des Kristallgitters gestört, was zur Erzeugung einer elektrischen Ladung führt.

Funktionsprinzip piezoelektrischer Summer

Piezoelektrische Summer bestehen aus einer piezoelektrischen Keramikscheibe, die auf einer Metallplatte montiert ist.Die Metallplatte fungiert als Membran, die die von der piezoelektrischen Scheibe erzeugten Schwingungen verstärkt.Wenn an die Elektroden eine Wechselspannung angelegt wird, dehnt sich die piezoelektrische Scheibe schnell aus und zieht sich zusammen, wodurch die Metallplatte in Schwingungen versetzt wird.Diese Vibration erzeugt Schallwellen, die von der Membran verstärkt und in die umgebende Luft abgestrahlt werden.

Frequenz und Amplitude

Die Frequenz und Amplitude des von einem piezoelektrischen Summer erzeugten Schalls hängen von der Größe und Form der Keramikscheibe sowie von der Frequenz und Amplitude der an die Elektroden angelegten Wechselspannung ab.Im Allgemeinen erzeugen kleinere Keramikscheiben höhere Frequenzen, während größere Scheiben niedrigere Frequenzen erzeugen.Ebenso erzeugen höhere Spannungen größere Amplituden, was zu lauteren Tönen führt.

Arten von piezoelektrischen Summern

Es gibt zwei Haupttypen von piezoelektrischen Summern: selbstbetriebene und extern angetriebene.Selbstbetriebene Summer verfügen über einen eingebauten Oszillator, der die zum Antrieb der piezoelektrischen Scheibe erforderliche Wechselspannung erzeugt.Extern angetriebene Summer benötigen einen externen Oszillator zur Bereitstellung der Wechselspannung.

Anwendungen piezoelektrischer Summer

Piezoelektrische Summer werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter:

• Alarme und Timer

• Elektronisches Spielzeug

• Warnsysteme für Kraftfahrzeuge

• Medizinische Geräte

• Haushaltsgeräte

  
  

Vorteile von piezoelektrischen Summern

Piezoelektrische Summer bieten gegenüber anderen Arten von Tongeneratoren mehrere Vorteile, darunter:

• Kompakte Größe

• Energieeffizient

• Hohe Zuverlässigkeit

• Großer Betriebstemperaturbereich

• Geringe elektromagnetische Störungen

  
  

Nachteile von piezoelektrischen Summern

Trotz ihrer vielen Vorteile haben piezoelektrische Summer auch einige Nachteile, darunter:

• Begrenzter Frequenzbereich

• Begrenzter Schalldruckpegel

• Schlechte Tonqualität

  
  

Abschluss

Piezoelektrische Summer sind vielseitige Geräte, die in einer Vielzahl elektronischer Anwendungen eingesetzt werden.Der Mechanismus dahinter basiert auf dem piezoelektrischen Effekt, der es bestimmten Materialien ermöglicht, elektrische Energie in mechanische Schwingungen umzuwandeln.Durch das Verständnis der Prinzipien piezoelektrischer Summer können Designer den richtigen Summertyp für ihre Anwendung auswählen und seine Leistung optimieren.

Struktur der piezoelektrischen Membran

Das piezoelektrische Schallelement muss über eine piezoelektrische Membran verfügen.

Hierbei handelt es sich um eine einfache Struktur, bei der eine piezoelektrische Keramik an einer Metallplatte aus Messing oder einer Nickellegierung haftet.

Mechanismus zur Schallerzeugung für Piezomembranen

Wenn an die piezoelektrische Keramik eine Spannung angelegt wird, dehnt sie sich in ihrer Ebene aus.Wenn eine Spannung an die piezoelektrische Membran angelegt wird, verbiegt sich die Metallplatte, da sie nicht gedehnt wird, wie in (a) gezeigt.Wenn die Polarität der angelegten Spannung umgekehrt wird, schrumpft die piezoelektrische Keramik und die Metallplatte wird zur gegenüberliegenden Seite gebogen, wie in (b) gezeigt.

Wenn sich die Richtung der angelegten Spannung ändert, wiederholen sich die Zustände (a) und (b) und wie in (c) gezeigt, werden Schallwellen in der Luft erzeugt.