Mecanismo de sonido de timbre piezoeléctrico

Los timbres piezoeléctricos se usan ampliamente en varios dispositivos electrónicos, como alarmas, temporizadores y juguetes electrónicos. Son una opción popular debido a su tamaño compacto, bajo consumo de energía y alta confiabilidad. En este artículo, exploraremos el mecanismo detrás de la generación de sonido en timbres piezoeléctricos.

Introducción

Los timbres piezoeléctricos son dispositivos que convierten la energía eléctrica en vibraciones mecánicas, que a su vez generan ondas de sonido. Los timbres consisten en un disco cerámico piezoeléctrico que se intercala entre dos electrodos de metal. Cuando se aplica un voltaje de CA a los electrodos, el disco vibra, generando ondas de sonido.

piezoeléctrico Efecto

El efecto piezoeléctrico es la capacidad de ciertos materiales para generar una carga eléctrica en respuesta al estrés mecánico, y viceversa. Los materiales piezoeléctricos tienen una estructura cristalina que es altamente ordenada y simétrica. Cuando el material se somete a una fuerza mecánica, la simetría de la red de cristal se interrumpe, lo que resulta en la generación de una carga eléctrica.

Principio de trabajo de timbres piezoeléctricos

Los timbres piezoeléctricos consisten en un disco cerámico piezoeléctrico que está montado en una placa de metal. La placa de metal actúa como un diafragma, que amplifica las vibraciones generadas por el disco piezoeléctrico. Cuando se aplica un voltaje de CA a los electrodos, el disco piezoeléctrico se expande y se contrae rápidamente, lo que hace que la placa de metal vibre. Esta vibración genera ondas de sonido, que se amplifican por el diafragma y irradian en el aire circundante.

Frecuencia y amplitud

La frecuencia y amplitud del sonido generado por un timbre piezoeléctrico dependen del tamaño y la forma del disco cerámico, así como la frecuencia y amplitud del voltaje de CA aplicado a los electrodos. En general, los discos cerámicos más pequeños producen frecuencias más altas, mientras que los discos más grandes producen frecuencias más bajas. Del mismo modo, los voltajes más altos producen mayores amplitudes, lo que resulta en sonidos más fuertes.

Tipos de timbres piezoeléctricos

Hay dos tipos principales de timbres piezoeléctricos: autónomos e impulsados ​​externamente. Los timbres autodenominados tienen un oscilador incorporado que genera el voltaje de CA requerido para conducir el disco piezoeléctrico. Los timbres impulsados ​​externamente requieren un oscilador externo para proporcionar el voltaje de CA.

Aplicaciones de timbres piezoeléctricos

Los timbres piezoeléctricos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, que incluyen:

• Alarmas y temporizadores

• Juguetes electrónicos

• Sistemas de advertencia automotriz

• Dispositivos médicos

• Electrodomésticos

  
  

Ventajas de timbres piezoeléctricos

Los timbres piezoeléctricos ofrecen varias ventajas sobre otros tipos de generadores de sonido, que incluyen:

• Tamaño compacto

• Bajo consumo de energía

• Alta fiabilidad

• Amplio rango de temperatura de funcionamiento

• Baja interferencia electromagnética

  
  

Desventajas de los timbres piezoeléctricos

A pesar de sus muchas ventajas, los timbres piezoeléctricos también tienen algunas desventajas, que incluyen:

• Rango de frecuencia limitada

• Nivel de presión de sonido limitado

• Mala calidad de sonido

  
  

Conclusión

Los timbres piezoeléctricos son dispositivos versátiles que se utilizan en una amplia gama de aplicaciones electrónicas. El mecanismo detrás de su operación se basa en el efecto piezoeléctrico, lo que permite que ciertos materiales conviertan la energía eléctrica en vibraciones mecánicas. Al comprender los principios detrás de los timbres piezoeléctricos, los diseñadores pueden elegir el tipo de timbre adecuado para su aplicación y optimizar su rendimiento.

Estructura del diafragma piezoeléctrico

El elemento de sonido piezoeléctrico debe tener un diafragma piezoeléctrico.

Esta es una estructura simple en la que una cerámica piezoeléctrica se adhiere a la placa de metal de latón o aleación de níquel.

Mecanismo de producción de sonido para diafragmas piezo

Cuando se aplica un voltaje a la cerámica piezoeléctrica, se extiende en su plano. Cuando se aplica un voltaje al diafragma piezoeléctrico, ya que la placa de metal no se estira, se dobla como se muestra en (a). Cuando se invierte la polaridad del voltaje aplicado, la cerámica piezoeléctrica se encoge y la placa de metal se dobla hacia el lado opuesto como se muestra en (B).

Cuando se alterna la dirección del voltaje aplicado, los estados de (a) y (b) se repiten, y como se muestra en (c), las ondas de sonido se generan en el aire.