Mehanizam piezoelektričnog zvuka zvuka

Piezoelektrični zujanici široko se koriste u raznim elektroničkim uređajima kao što su alarmi, timeri i elektroničke igračke. Oni su popularan izbor zbog svoje kompaktne veličine, male potrošnje energije i velike pouzdanosti. U ovom ćemo članku istražiti mehanizam koji stoji iza stvaranja zvuka u piezoelektričnim zujanjima.

Uvod

Piezoelektrični zujanici su uređaji koji pretvaraju električnu energiju u mehaničke vibracije, koje zauzvrat stvaraju zvučne valove. Zučice se sastoje od piezoelektričnog keramičkog diska koji je učvršćen između dvije metalne elektrode. Kad se izmjenični napon primijeni na elektrode, disk vibrira, stvarajući zvučne valove.

Piezoelektrični  učinak

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

Princip rada piezoelektričnih zujanja

Piezoelektrične zujanice sastoje se od piezoelektričnog keramičkog diska koji je montiran na metalnu ploču. Metalna ploča djeluje kao dijafragma, koja pojačava vibracije koje generira piezoelektrični disk. Kad se izmjenični napon primijeni na elektrode, piezoelektrični disk se brzo širi i ugovara, uzrokujući da metalna ploča vibrira. Ova vibracija stvara zvučne valove, koji se pojačavaju dijafragmom i zrače u okolni zrak.

Frekvencija i amplituda

Učestalost i amplituda zvuka generiranog piezoelektričnim zujalom ovise o veličini i obliku keramičkog diska, kao i frekvenciji i amplitudi izmjeničnog napona primijenjenih na elektrode. Općenito, manji keramički diskovi proizvode veće frekvencije, dok veći diskovi proizvode niže frekvencije. Slično tome, viši naponi stvaraju veće amplitude, što rezultira glasnijim zvukovima.

Vrste piezoelektričnih zujanja

Postoje dvije glavne vrste piezoelektričnih zujanja: samostalno vođeni i izvana vođeni. Zvuke sa samostalnim pogonom imaju ugrađeni oscilator koji stvara izmjenični napon potreban za pokretanje piezoelektričnog diska. Zvuke s vanjskim pogonom zahtijevaju vanjski oscilator da osigura izmjenični napon.

Primjene piezoelektričnih zujanja

Piezoelektrični zujanici koriste se u širokom rasponu aplikacija, uključujući:

• Alarmi i tajmeri

• Elektroničke igračke

• Automotivni sustavi upozorenja

• Medicinski uređaji

• Kućni uređaji

  
  

Prednosti piezoelektričnih zujanja

Piezoelektrične zujanice nude nekoliko prednosti u odnosu na druge vrste generatora zvuka, uključujući:

• Kompaktna veličina

• Mala potrošnja energije

• Visoka pouzdanost

• Širok raspon radne temperature

• Niska elektromagnetska smetnja

  
  

Nedostaci piezoelektričnih zujanja

Unatoč njihovim brojnim prednostima, piezoelektrični zujanici također imaju neke nedostatke, uključujući:

• Ograničeni raspon frekvencije

• Ograničena razina zvučnog tlaka

• Loša kvaliteta zvuka

  
  

Zaključak

Piezoelektrični zvukovi su svestrani uređaji koji se koriste u širokom rasponu elektroničkih primjena. Mehanizam koji stoji iza njihovog rada temelji se na piezoelektričnom učinku, koji omogućava određenim materijalima pretvaranje električne energije u mehaničke vibracije. Razumijevanjem principa koji stoje iza piezoelektričnih zujanja, dizajneri mogu odabrati pravu vrstu zujanja za svoju primjenu i optimizirati njegove performanse.

Struktura piezoelektrične dijafragme

Piezoelektrični zvučni element mora imati piezoelektričnu dijafragmu.

Ovo je jednostavna struktura u kojoj se piezoelektrična keramika pridržava metalne ploče od mesinga ili nikla.

Mehanizam stvaranja zvuka za piezo dijafragme

Kad se napon primijeni na piezoelektričnu keramiku, on se proteže u svojoj ravnini. Kad se napon nanese na piezoelektričnu dijafragmu, budući da se metalna ploča ne proteže, ona je savijena kao što je prikazano u (a). Kad se polaritet primijenjenog napona preokrene, piezoelektrična keramika smanjuje se, a metalna ploča savijena je prema suprotnoj strani kao što je prikazano u (b).

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