Piesoelektrilise helisignaali mehhanism

Piesoelektrilisi sumpe kasutatakse laialdaselt erinevates elektroonikaseadmetes, näiteks häired, taimerid ja elektroonilised mänguasjad. Need on populaarne valik tänu kompaktsele suurusele, väikesele energiatarbimisele ja kõrgele töökindlusele. Selles artiklis uurime piesoelektriliste helisignaalide heli genereerimise mehhanismi.

Sissejuhatus

Piesoelektrilised suminad on seadmed, mis muudavad elektrienergia mehaaniliseks vibratsiooniks, mis omakorda tekitavad helilaineid. Summerid koosnevad piesoelektrilisest keraamilisest kettast, mis on kahe metallielektroodi vahel. Kui elektroodidele rakendatakse vahelduvvoolu pinget, vibreerib ketas, tekitades helilaineid.

Piesoelektriline  efekt

Piesoelektriline efekt on teatud materjalide võime tekitada elektrilaengu vastusena mehaanilisele pingele ja vastupidi. Piesoelektrilistel materjalidel on kristalne struktuur, mis on väga järjestatud ja sümmeetriline. Kui materjal on mehaaniline jõud, on kristallvõre sümmeetria häiritud, mille tulemuseks on elektrilaeng.

Piesoelektriliste suminatööde tööpõhimõte

Piesoelektrilised suminad koosnevad piesoelektrilisest keraamilisest kettast, mis on paigaldatud metallplaadile. Metallplaat toimib diafragmana, mis võimendab piesoelektrilise ketta tekitatud vibratsiooni. Kui elektroodidele rakendatakse vahelduvvoolu pinget, laieneb ja tekib kiiresti piesoelektriline ketas, põhjustades metallplaadi vibreerimise. See vibratsioon tekitab helilaineid, mida võimendab diafragma ja kiirgatakse ümbritsevasse õhku.

Sagedus ja amplituud

Piesoelektrilise simu tekitatud heli sagedus ja amplituud sõltuvad keraamilise ketta suurusest ja kujust, samuti elektroodidele rakendatud vahelduvpinge sagedusest ja amplituudist. Üldiselt toodavad väiksemad keraamilised kettad kõrgemaid sagedusi, suuremad kettad aga madalamad sagedused. Sarnaselt tekitavad kõrgemad pinged suuremad amplituudid, mille tulemuseks on valjemad helid.

Piesoelektriliste suminad

Seal on kahte peamist piesoelektriliste suminatüüpe: ise juhitud ja väliselt juhitud. Ises juhitud suminad on sisseehitatud ostsillaator, mis genereerib piesoelektrilise ketta juhtimiseks vajaliku vahelduvpinge. Väliselt juhitud suminad vajavad vahelduvvoolu pinge tagamiseks välist ostsillaatorit.

Piesoelektriliste suminad rakendused

Piezoelektrilisi suminad kasutatakse paljudes rakendustes, sealhulgas:

• Alarmid ja taimerid

• Elektroonilised mänguasjad

• Autotööstuse hoiatussüsteemid

• Meditsiiniseadmed

• Koduseadmed

  
  

Piesoelektriliste suminad eelised

Piesoelektrilised suminad pakuvad muud tüüpi heligeneraatorite ees mitmeid eeliseid, sealhulgas:

• Kompaktne suurus

• Väike energiatarve

• Kõrge usaldusväärsus

• Lai töötemperatuurivahemik

• Madal elektromagnetiline häire

  
  

Piesoelektriliste suminad puudused

Hoolimata nende paljudest eelistest, on piesoelektrilistel suminad ka mõned puudused, sealhulgas::

• Piiratud sagedusvahemik

• Piiratud helirõhutase

• Halb helikvaliteet

  
  

Järeldus

Piesoelektrilised suminad on mitmekülgsed seadmed, mida kasutatakse paljudes elektroonilistes rakendustes. Nende töö taga olev mehhanism põhineb piesoelektrilisel efektil, mis võimaldab teatud materjalidel muuta elektrienergiat mehaanilisteks vibratsiooniks. Mõistes piesoelektriliste suminad peamisi põhimõtteid, saavad disainerid valida oma rakenduse jaoks õiget tüüpi ja selle jõudluse optimeerida.

Piesoelektrilise diafragma struktuur

Piesoelektrilisel heli elemendil peab olema piesoelektriline diafragma.

See on lihtne struktuur, milles piesoelektriline keraamiline keraamiline metalltplaat või nikkelsulami metallplaadile kleepub.

Piezo diafragmade heli tootmise mehhanism

Kui piesoelektrilise keraamika jaoks rakendatakse pinget, ulatub see selle tasapinnale. Kui piesoelektrilisele diafragmale kantakse pinge, kuna metallplaadi ei venita, on see painutatud, nagu on näidatud punktis a. Kui rakendatud pinge polaarsus on vastupidine, kahaneb piesoelektriline keraamiline ja metallplaat painub vastaskülje poole, nagu on näidatud punktis b.

Kui rakendatud pinge suund vaheldub, korratakse (a) ja (b) olekuid ja nagu on näidatud punktis c, genereeritakse õhus helilained.