A piezoelektromos hangjelző hang mechanizmusa

A piezoelektromos hangjelzőket széles körben használják különféle elektronikus eszközökben, például riasztásokban, időzítőkben és elektronikus játékokban. Kompakt méretük, alacsony energiafogyasztásuk és nagy megbízhatóságuk miatt népszerű választás. Ebben a cikkben megvizsgáljuk a hangzás mögött meghúzódó mechanizmust a piezoelektromos hangjelzőkben.

Bevezetés

A piezoelektromos hangjelzők olyan eszközök, amelyek az elektromos energiát mechanikus rezgésekké alakítják, amelyek viszont hanghullámokat generálnak. A hangjelzők egy piezoelektromos kerámia tárcsából állnak, amelyet két fém elektróda között szendvicselnek. Amikor AC feszültséget alkalmaznak az elektródokra, a tárcsa rezeg, és hanghullámokat generál.

Piezoelektromos  hatás

A piezoelektromos hatás bizonyos anyagok azon képessége, hogy elektromos töltést generáljanak a mechanikai stresszre adott válaszként, és fordítva. A piezoelektromos anyagok kristályos szerkezetűek, amelyek nagyon rendezett és szimmetrikusak. Amikor az anyagot mechanikai erőnek vetik alá, a kristályrács szimmetriája megszakad, ami elektromos töltés generálását eredményezi.

A piezoelektromos hangjelzők működési elve

A piezoelektromos hangjelzők egy fémlemezre felszerelt piezoelektromos kerámia tárcsából állnak. A fémlemez membránként működik, amely felerősíti a piezoelektromos tárcsa által generált rezgéseket. Ha AC feszültséget alkalmaznak az elektródokra, a piezoelektromos lemez gyorsan bővül és összehúzódik, ami a fémlemez rezegését okozta. Ez a rezgés hanghullámokat generál, amelyeket a membrán felerősít és a környező levegőbe sugároz.

Frekvencia és amplitúdó

A piezoelektromos hangjelző által generált hang frekvenciája és amplitúdója a kerámia korong méretétől és alakjától, valamint az elektródokra alkalmazott AC feszültség frekvenciáját és amplitúdójától függ. Általában a kisebb kerámia tárcsák magasabb frekvenciákat termelnek, míg a nagyobb lemezek alacsonyabb frekvenciákat termelnek. Hasonlóképpen, a magasabb feszültségek nagyobb amplitúdókat eredményeznek, ami hangosabb hangokat eredményez.

A piezoelektromos hangjelzők típusai

A piezoelektromos hangjelzőknek két fő típusa van: önálló és külsőleg vezérelt. Az önvezérelt hangjelzők beépített oszcillátorral rendelkeznek, amely generálja a piezoelektromos tárcsa meghajtásához szükséges váltakozó áramú feszültséget. A külsőleg vezérelt hangjelzőknek külső oszcillátorra van szükségük az AC feszültség biztosításához.

Piezoelektromos hangjelzők alkalmazásai

A piezoelektromos hangjelzőket számos alkalmazásban használják, beleértve:

• Riasztások és időzítők

• Elektronikus játékok

• Autóipari figyelmeztető rendszerek

• Orvostechnikai eszközök

• Otthoni készülékek

  
  

A piezoelektromos hangjelzők előnyei

A piezoelektromos hangjelzők számos előnyt kínálnak más típusú hanggenerátorokkal szemben, ideértve a következőket is:

• Kompakt méret

• Alacsony energiafogyasztás

• Nagy megbízhatóság

• Széles üzemi hőmérsékleti tartomány

• Alacsony elektromágneses interferencia

  
  

A piezoelektromos hangjelzők hátrányai

Számos előnyük ellenére a piezoelektromos hangjelzőknek vannak hátrányai is, beleértve:

• Korlátozott frekvenciatartomány

• Korlátozott hangnyomásszint

• Rossz hangminőség

  
  

Következtetés

A piezoelektromos hangjelzők sokoldalú eszközök, amelyeket az elektronikus alkalmazások széles skálájában használnak. A működés mögött álló mechanizmus a piezoelektromos hatáson alapul, amely lehetővé teszi egyes anyagok számára, hogy az elektromos energiát mechanikus rezgésekké alakítsák. A piezoelektromos hangjelzők mögött meghúzódó alapelvek megértésével a tervezők a megfelelő típusú zümmögőt választhatják alkalmazásukhoz, és optimalizálhatják annak teljesítményét.

Piezoelektromos membrán szerkezete

A piezoelektromos hangelemnek piezoelektromos membránnak kell lennie.

Ez egy egyszerű szerkezet, amelyben egy piezoelektromos kerámia ragaszkodik a sárgaréz vagy a nikkel ötvözet fémlemezéhez.

A hang előállításának mechanizmusa a piezo membránokhoz

Ha feszültséget kell alkalmazni a piezoelektromos kerámiára, akkor a síkjában is kiterjed. Ha feszültséget kell alkalmazni a piezoelektromos membránra, mivel a fémlemez nem nyújtható, az a) pontban látható módon van meghajolva. Amikor az alkalmazott feszültség polaritása megfordul, a piezoelektromos kerámia zsugorodik, és a fémlemez az ellenkező oldal felé hajlik, ahogy a (b) pontban látható.

Amikor az alkalmazott feszültség iránya váltakozik, akkor az (a) és (b) állapotok megismétlődnek, és amint a (c) ábrán látható, a levegőben hanghullámok alakulnak ki.