Mehanizam zvuka piezoelektrične zujalice

Piezoelektrični zujalice naširoko se koriste u raznim elektroničkim uređajima kao što su alarmi, mjerači vremena i elektroničke igračke. Popularan su izbor zbog svoje kompaktne veličine, male potrošnje energije i visoke pouzdanosti. U ovom ćemo članku istražiti mehanizam iza generiranja zvuka u piezoelektričnim zujalicama.

Uvod

Piezoelektrični zujalice su uređaji koji pretvaraju električnu energiju u mehaničke vibracije, koje zauzvrat stvaraju zvučne valove. Zujalice se sastoje od piezoelektričnog keramičkog diska koji je u sendviču između dvije metalne elektrode. Kada se izmjenični napon primijeni na elektrode, disk vibrira, generirajući zvučne valove.

Piezoelektrični  učinak

Piezoelektrični učinak je sposobnost određenih materijala da generiraju električni naboj kao odgovor na mehanički stres, i obrnuto. Piezoelektrični materijali imaju kristalnu strukturu koja je visoko uređena i simetrična. Kada je materijal podvrgnut mehaničkoj sili, simetrija kristalne rešetke je poremećena, što rezultira stvaranjem električnog naboja.

Princip rada piezoelektričnih zujalica

Piezoelektrični zujalice sastoje se od piezoelektričnog keramičkog diska koji je postavljen na metalnu ploču. Metalna ploča djeluje kao dijafragma, koja pojačava vibracije koje stvara piezoelektrični disk. Kada se na elektrode primijeni izmjenični napon, piezoelektrični disk se brzo širi i skuplja, uzrokujući vibriranje metalne ploče. Ova vibracija stvara zvučne valove, koje dijafragma pojačava i zrači u okolni zrak.

Frekvencija i amplituda

Frekvencija i amplituda zvuka koju generira piezoelektrični zvučni signal ovise o veličini i obliku keramičkog diska, kao io frekvenciji i amplitudi izmjeničnog napona koji se primjenjuje na elektrode. Općenito, manji keramički diskovi proizvode više frekvencije, dok veći diskovi proizvode niže frekvencije. Slično tome, viši naponi proizvode veće amplitude, što rezultira glasnijim zvukovima.

Vrste piezoelektričnih zujalica

Postoje dvije glavne vrste piezoelektričnih zujalica: samopogonski i vanjski. Samopogonske zujalice imaju ugrađeni oscilator koji generira izmjenični napon potreban za pogon piezoelektričnog diska. Zujalice s vanjskim pogonom zahtijevaju vanjski oscilator za osiguravanje izmjeničnog napona.

Primjena piezoelektričnih zujalica

Piezoelektrični zujalice koriste se u širokom rasponu primjena, uključujući:

• Alarmi i mjerači vremena

• Elektroničke igračke

• Automobilski sustavi upozorenja

• Medicinski uređaji

• Kućanski aparati

  
  

Prednosti piezoelektričnih zujalica

Piezoelektrični zujalice nude nekoliko prednosti u odnosu na druge vrste generatora zvuka, uključujući:

• Kompaktna veličina

• Mala potrošnja energije

• Visoka pouzdanost

• Širok raspon radnih temperatura

• Niske elektromagnetske smetnje

  
  

Nedostaci piezoelektričnih zujalica

Unatoč brojnim prednostima, piezoelektrični zujalice imaju i neke nedostatke, uključujući:

• Ograničeno frekvencijsko područje

• Ograničena razina zvučnog tlaka

• Loša kvaliteta zvuka

  
  

Zaključak

Piezoelektrični zujalice su svestrani uređaji koji se koriste u širokom rasponu elektroničkih aplikacija. Mehanizam iza njihovog rada temelji se na piezoelektričnom učinku, koji određenim materijalima omogućuje pretvaranje električne energije u mehaničke vibracije. Razumijevanjem principa koji stoje iza piezoelektričnih zujalica, dizajneri mogu odabrati pravu vrstu zujalice za svoju primjenu i optimizirati njegovu izvedbu.

Struktura piezoelektrične dijafragme

Piezoelektrični zvučni element mora imati piezoelektričnu dijafragmu.

Ovo je jednostavna struktura u kojoj piezoelektrična keramika prianja na metalnu ploču od mesinga ili legure nikla.

Mehanizam proizvodnje zvuka za piezo dijafragme

Kada se napon primijeni na piezoelektričnu keramiku, ona se proteže u svojoj ravnini. Kada se na piezoelektričnu dijafragmu primijeni napon, budući da metalna ploča nije rastegnuta, savija se kao što je prikazano u (a). Kada je polaritet primijenjenog napona obrnut, piezoelektrična keramika se skuplja i metalna ploča se savija prema suprotnoj strani kao što je prikazano na (b).

Kada se smjer primijenjenog napona mijenja, stanja (a) i (b) se ponavljaju, i kao što je prikazano u (c), zvučni valovi se generiraju u zraku.