Piesoelektrilise helisignaali mehhanism

Piesoelektrilisi sumisereid kasutatakse laialdaselt mitmesugustes elektroonilistes seadmetes, nagu alarmid, taimerid ja elektroonilised mänguasjad. Need on oma kompaktse suuruse, väikese energiatarbimise ja suure töökindluse tõttu populaarne valik. Selles artiklis uurime piesoelektrilistes sumististes heli tekitamise mehhanismi.

Sissejuhatus

Piesoelektrilised sumistid on seadmed, mis muudavad elektrienergia mehaanilisteks vibratsioonideks, mis omakorda tekitavad helilaineid. Sumistid koosnevad piesoelektrilisest keraamilisest kettast, mis on paigutatud kahe metallelektroodi vahele. Kui elektroodidele rakendatakse vahelduvpinget, siis ketas vibreerib, tekitades helilaineid.

Piesoelektriline  efekt

Piesoelektriline efekt on teatud materjalide võime tekitada elektrilaeng vastuseks mehaanilisele pingele ja vastupidi. Piesoelektrilistel materjalidel on kristalliline struktuur, mis on väga järjestatud ja sümmeetriline. Kui materjalile avaldatakse mehaaniline jõud, rikutakse kristallvõre sümmeetriat, mille tulemusena tekib elektrilaeng.

Piesoelektriliste sumiserite tööpõhimõte

Piesoelektrilised sumistid koosnevad piesoelektrilisest keraamilisest kettast, mis on paigaldatud metallplaadile. Metallplaat toimib diafragmana, mis võimendab piesoelektrilise ketta tekitatud vibratsiooni. Kui elektroodidele rakendatakse vahelduvpinget, paisub ja tõmbub piesoelektriline ketas kiiresti kokku, põhjustades metallplaadi vibratsiooni. See vibratsioon tekitab helilaineid, mida diafragma võimendab ja kiirgab ümbritsevasse õhku.

Sagedus ja amplituud

Piesoelektrilise helisignaali tekitatava heli sagedus ja amplituud sõltuvad keraamilise ketta suurusest ja kujust, samuti elektroodidele rakendatava vahelduvpinge sagedusest ja amplituudist. Tavaliselt toodavad väiksemad keraamilised kettad kõrgemaid sagedusi, suuremad aga madalamaid sagedusi. Samamoodi tekitavad kõrgemad pinged suuremaid amplituudi, mille tulemuseks on valjemad helid.

Piesoelektriliste sumiserite tüübid

Piesoelektrilisi sumisereid on kahte peamist tüüpi: ise- ja välisajamiga. Iseajamiga sumistitel on sisseehitatud ostsillaator, mis genereerib piesoelektrilise ketta käitamiseks vajalikku vahelduvpinget. Väliselt juhitavad sumistid vajavad vahelduvpinge tagamiseks välist ostsillaatorit.

Piesoelektriliste sumistite rakendused

Piesoelektrilisi sumisereid kasutatakse paljudes rakendustes, sealhulgas:

• Äratused ja taimerid

• Elektroonilised mänguasjad

• Autode hoiatussüsteemid

• Meditsiiniseadmed

• Kodumasinad

  
  

Piesoelektriliste helisignaalide eelised

Piesoelektrilised sumistid pakuvad teist tüüpi heligeneraatorite ees mitmeid eeliseid, sealhulgas:

• Kompaktne suurus

• Madal energiatarve

• Kõrge töökindlus

• Lai töötemperatuuri vahemik

• Madalad elektromagnetilised häired

  
  

Piesoelektriliste sumiserite puudused

Vaatamata paljudele eelistele on piesoelektrilistel sumistitel ka mõned puudused, sealhulgas:

• Piiratud sagedusvahemik

• Piiratud helirõhu tase

• Halb helikvaliteet

  
  

Järeldus

Piesoelektrilised sumistid on mitmekülgsed seadmed, mida kasutatakse paljudes elektroonilistes rakendustes. Nende toimimise mehhanism põhineb piesoelektrilisel efektil, mis võimaldab teatud materjalidel elektrienergiat mehaaniliseks vibratsiooniks muuta. Mõistes piesoelektriliste sumistite põhimõtteid, saavad disainerid valida oma rakenduse jaoks õiget tüüpi sumist ja optimeerida selle jõudlust.

Piesoelektrilise membraani ehitus

Piesoelektrilisel helielemendil peab olema piesoelektriline diafragma.

See on lihtne struktuur, milles piesoelektriline keraamika kleepub messingist või niklisulamist metallplaadile.

Piesodiafragma heli tekitamise mehhanism

Kui piesoelektrilisele keraamikale rakendatakse pinget, ulatub see oma tasapinnas välja. Kui piesoelektrilisele membraanile rakendatakse pinget, painutatakse seda, nagu näidatud punktis (a), kuna metallplaati ei venitata. Kui rakendatud pinge polaarsus on vastupidine, kahaneb piesoelektriline keraamika ja metallplaat painutatakse vastaskülje poole, nagu on näidatud punktis b.

Kui rakendatud pinge suund vaheldub, korduvad (a) ja (b) olekud ning nagu näidatud punktis (c), tekivad õhus helilained.