Μηχανισμός πιεζοηλεκτρικού ήχου βομβητή

Οι πιεζοηλεκτρικοί βομβητές χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές όπως συναγερμοί, χρονομετρητές και ηλεκτρονικά παιχνίδια. Είναι μια δημοφιλής επιλογή λόγω του συμπαγούς μεγέθους, της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και της υψηλής αξιοπιστίας. Σε αυτό το άρθρο, θα διερευνήσουμε τον μηχανισμό πίσω από τη δημιουργία ήχου σε πιεζοηλεκτρικούς βομβητές.

Εισαγωγή

Οι πιεζοηλεκτρικοί βομβητές είναι συσκευές που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανικές δονήσεις, οι οποίες με τη σειρά τους παράγουν ηχητικά κύματα. Οι βομβητές αποτελούνται από ένα πιεζοηλεκτρικό κεραμικό δίσκο που είναι σάντουιτς μεταξύ δύο μεταλλικών ηλεκτροδίων. Όταν εφαρμόζεται τάση εναλλασσόμενου ρεύματος στα ηλεκτρόδια, ο δίσκος δονείται, δημιουργώντας ηχητικά κύματα.

Πιεζοηλεκτρικό  αποτέλεσμα

Το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα είναι η ικανότητα ορισμένων υλικών να δημιουργούν ένα ηλεκτρικό φορτίο σε απόκριση σε μηχανικό στρες και αντίστροφα. Τα πιεζοηλεκτρικά υλικά έχουν κρυσταλλική δομή που είναι εξαιρετικά διατεταγμένη και συμμετρική. Όταν το υλικό υποβάλλεται σε μηχανική δύναμη, η συμμετρία του κρυσταλλικού πλέγματος διαταράσσεται, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ηλεκτρικού φορτίου.

Αρχή λειτουργίας των πιεζοηλεκτρικών βομβητών

Οι πιεζοηλεκτρικοί βομβητές αποτελούνται από ένα πιεζοηλεκτρικό κεραμικό δίσκο που τοποθετείται σε μεταλλική πλάκα. Η μεταλλική πλάκα λειτουργεί ως διάφραγμα, το οποίο ενισχύει τις δονήσεις που παράγονται από τον πιεζοηλεκτρικό δίσκο. Όταν εφαρμόζεται τάση εναλλασσόμενου ρεύματος στα ηλεκτρόδια, ο πιεζοηλεκτρικός δίσκος επεκτείνεται γρήγορα και συμβατά, προκαλώντας τη δόνηση της μεταλλικής πλάκας. Αυτή η δόνηση δημιουργεί ηχητικά κύματα, τα οποία ενισχύονται από το διάφραγμα και ακτινοβολούνται στον περιβάλλοντα αέρα.

Συχνότητα και πλάτος

Η συχνότητα και το πλάτος του ήχου που παράγεται από έναν πιεζοηλεκτρικό βομβητή εξαρτάται από το μέγεθος και το σχήμα του κεραμικού δίσκου, καθώς και από τη συχνότητα και το πλάτος της τάσης AC που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια. Γενικά, οι μικρότεροι κεραμικοί δίσκοι παράγουν υψηλότερες συχνότητες, ενώ οι μεγαλύτεροι δίσκοι παράγουν χαμηλότερες συχνότητες. Ομοίως, οι υψηλότερες τάσεις παράγουν μεγαλύτερα πλάτη, με αποτέλεσμα τους πιο δυνατούς ήχους.

Τύποι πιεζοηλεκτρικών βομβητών

Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι πιεζοηλεκτρικών βομβητών: αυτο-καθοδηγούμενων και εξωτερικών οδηγούνται. Οι αυτο-καθοδηγούμενοι βομβητές έχουν έναν ενσωματωμένο ταλαντωτή που παράγει την τάση AC που απαιτείται για να οδηγήσει τον πιεζοηλεκτρικό δίσκο. Οι εξωτερικοί βομβητές απαιτούν έναν εξωτερικό ταλαντωτή για να παρέχει την τάση εναλλασσόμενου ρεύματος.

Εφαρμογές πιεζοηλεκτρικών βομβητών

Οι πιεζοηλεκτρικοί βομβητές χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως:

• Συναγερμοί και χρονομετρητές

• Ηλεκτρονικά παιχνίδια

• Συστήματα προειδοποίησης αυτοκινήτων

• Ιατρικές συσκευές

• Οικιακές συσκευές

  
  

Πλεονεκτήματα των πιεζοηλεκτρικών βομβαρδισμών

Οι πιεζοηλεκτρικοί βομβητές προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι άλλων τύπων ήχου γεννήτριας, όπως:

• Συμπαγές μέγεθος

• Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας

• Υψηλή αξιοπιστία

• Ευρύ φάσμα θερμοκρασίας λειτουργίας

• Χαμηλή ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή

  
  

Μειονεκτήματα των πιεζοηλεκτρικών βομβητών

Παρά τα πολλά πλεονεκτήματά τους, οι πιεζοηλεκτρικοί βομβητές έχουν επίσης μερικά μειονεκτήματα, όπως:

• Περιορισμένη περιοχή συχνοτήτων

• Περιορισμένη στάθμη ηχητικής πίεσης

• Κακή ποιότητα ήχου

  
  

Σύναψη

Οι πιεζοηλεκτρικοί βομβητές είναι ευέλικτες συσκευές που χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα ηλεκτρονικών εφαρμογών. Ο μηχανισμός πίσω από τη λειτουργία τους βασίζεται στο πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα, το οποίο επιτρέπει σε ορισμένα υλικά να μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανικούς δονήσεις. Με την κατανόηση των αρχών πίσω από τους πιεζοηλεκτρικούς βομβητές, οι σχεδιαστές μπορούν να επιλέξουν τον σωστό τύπο βομβητή για την εφαρμογή τους και να βελτιστοποιήσουν την απόδοσή του.

Δομή πιεζοηλεκτρικού διαφράγματος

Το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο ήχου πρέπει να έχει ένα πιεζοηλεκτρικό διάφραγμα.

Πρόκειται για μια απλή δομή στην οποία ένα πιεζοηλεκτρικό κεραμικό προσκολλάται σε ορείχαλκο ή κράμα νικελίου μεταλλικού πλάκα.

Μηχανισμός παραγωγής ήχου για πιεζοηλεκτρικά διαφράγματα

Όταν εφαρμόζεται τάση στο πιεζοηλεκτρικό κεραμικό, επεκτείνεται στο επίπεδο της. Όταν εφαρμόζεται τάση στο πιεζοηλεκτρικό διάφραγμα, αφού η μεταλλική πλάκα δεν είναι τεντωμένη, είναι λυγισμένη όπως φαίνεται στο (α). Όταν η πολικότητα της εφαρμοζόμενης τάσης αντιστρέφεται, οι πιεζοηλεκτρικές κεραμικές συρρικνσεις και η μεταλλική πλάκα είναι λυγισμένη προς την αντίθετη πλευρά όπως φαίνεται στο (Β).

Όταν επαναλαμβάνονται η κατεύθυνση της εφαρμοσμένης τάσης, οι καταστάσεις των (α) και (β) επαναλαμβάνονται και όπως φαίνεται στο (γ), τα ηχητικά κύματα παράγονται στον αέρα.