Պիեզոէլեկտրական ազդանշանային ձայնի մեխանիզմ

Պիեզոէլեկտրական ազդանշանները լայնորեն օգտագործվում են տարբեր էլեկտրոնային սարքերում, ինչպիսիք են ահազանգերը, ժամանակաչափերը և էլեկտրոնային խաղալիքները: Նրանք հանրաճանաչ ընտրություն են իրենց կոմպակտ չափի, էներգիայի ցածր սպառման և բարձր հուսալիության պատճառով: Այս հոդվածում մենք կուսումնասիրենք պիեզոէլեկտրական բզզիչներում ձայնի առաջացման մեխանիզմը:

Ներածություն

Պիեզոէլեկտրական ազդանշանները սարքեր են, որոնք էլեկտրական էներգիան վերածում են մեխանիկական թրթռումների, որոնք իրենց հերթին առաջացնում են ձայնային ալիքներ: Բազերները բաղկացած են պիեզոէլեկտրական կերամիկական սկավառակից, որը գտնվում է երկու մետաղական էլեկտրոդների միջև: Երբ էլեկտրոդների վրա AC լարում է կիրառվում, սկավառակը թրթռում է՝ առաջացնելով ձայնային ալիքներ:

Պիեզոէլեկտրական  էֆեկտ

Պիեզոէլեկտրական էֆեկտը որոշակի նյութերի կարողությունն է՝ առաջացնել էլեկտրական լիցք՝ ի պատասխան մեխանիկական սթրեսի, և հակառակը։ Պիեզոէլեկտրական նյութերն ունեն բյուրեղային կառուցվածք, որը խիստ կարգավորված է և սիմետրիկ։ Երբ նյութը ենթարկվում է մեխանիկական ուժի, բյուրեղային ցանցի համաչափությունը խախտվում է, ինչի արդյունքում առաջանում է էլեկտրական լիցք։

Պիեզոէլեկտրական ազդանշանների աշխատանքային սկզբունքը

Պիեզոէլեկտրական ազդանշանները բաղկացած են պիեզոէլեկտրական կերամիկական սկավառակից, որը տեղադրված է մետաղյա ափսեի վրա: Մետաղական թիթեղը հանդես է գալիս որպես դիֆրագմա, որն ուժեղացնում է պիեզոէլեկտրական սկավառակի կողմից առաջացած թրթռումները: Երբ էլեկտրոդների վրա AC լարումը կիրառվում է, պիեզոէլեկտրական սկավառակը արագորեն ընդլայնվում և կծկվում է, ինչի հետևանքով մետաղական թիթեղը թրթռում է: Այս թրթռումը առաջացնում է ձայնային ալիքներ, որոնք ուժեղանում են դիֆրագմայով և տարածվում շրջակա օդի մեջ:

Հաճախականություն և ամպլիտուդություն

Պիեզոէլեկտրական բզզիչով առաջացած ձայնի հաճախականությունը և ամպլիտուդը կախված են կերամիկական սկավառակի չափից և ձևից, ինչպես նաև էլեկտրոդների վրա կիրառվող AC լարման հաճախականությունից և ամպլիտուդից: Ընդհանրապես, ավելի փոքր կերամիկական սկավառակներն ավելի բարձր հաճախականություններ են արտադրում, իսկ ավելի մեծ սկավառակները՝ ավելի ցածր հաճախականություններ: Նմանապես, ավելի բարձր լարումները առաջացնում են ավելի մեծ ամպլիտուդներ, ինչը հանգեցնում է ավելի բարձր ձայների:

Պիեզոէլեկտրական ազդանշանների տեսակները

Գոյություն ունեն երկու հիմնական տեսակի պիեզոէլեկտրական ազդանշաններ՝ ինքնակառավարվող և արտաքին շարժիչ: Ինքնակառավարվող ազդանշաններն ունեն ներկառուցված տատանիչ, որն առաջացնում է պիեզոէլեկտրական սկավառակը վարելու համար անհրաժեշտ փոփոխական լարումը: Արտաքին ազդեցությամբ բզզիչները պահանջում են արտաքին օսլիլատոր՝ AC լարումը ապահովելու համար:

Պիեզոէլեկտրական ազդանշանների կիրառությունները

Պիեզոէլեկտրական ազդանշանները օգտագործվում են կիրառությունների լայն շրջանակում, ներառյալ.

• Զարթուցիչներ և ժամաչափեր

• Էլեկտրոնային խաղալիքներ

• Ավտոմեքենաների նախազգուշացման համակարգեր

• Բժշկական սարքեր

• Կենցաղային տեխնիկա

  
  

Պիեզոէլեկտրական ազդանշանների առավելությունները

Պիեզոէլեկտրական ազդանշանները մի քանի առավելություններ ունեն ձայնային գեներատորների այլ տեսակների նկատմամբ, այդ թվում՝

• Կոմպակտ չափս

• Ցածր էներգիայի սպառում

• Բարձր հուսալիություն

• Գործող ջերմաստիճանի լայն տիրույթ

• Ցածր էլեկտրամագնիսական միջամտություն

  
  

Պիեզոէլեկտրական ազդանշանների թերությունները

Չնայած իրենց բազմաթիվ առավելություններին, պիեզոէլեկտրական ազդանշաններն ունեն նաև որոշ թերություններ, այդ թվում՝

• Սահմանափակ հաճախականության տիրույթ

• Սահմանափակ ձայնային ճնշման մակարդակ

• Ձայնի վատ որակ

  
  

Եզրակացություն

Պիեզոէլեկտրական ազդանշանները բազմակողմանի սարքեր են, որոնք օգտագործվում են էլեկտրոնային ծրագրերի լայն շրջանակում: Նրանց գործունեության մեխանիզմը հիմնված է պիեզոէլեկտրական էֆեկտի վրա, որը թույլ է տալիս որոշ նյութերի էլեկտրական էներգիան վերածել մեխանիկական թրթռումների: Հասկանալով պիեզոէլեկտրական ազդանշանների հիմքում ընկած սկզբունքները, դիզայներները կարող են ընտրել իրենց կիրառման համար ազդանշանի ճիշտ տեսակը և օպտիմալացնել դրա կատարումը:

Պիեզոէլեկտրական դիֆրագմայի կառուցվածքը

Պիեզոէլեկտրական ձայնային տարրը պետք է ունենա պիեզոէլեկտրական դիֆրագմա:

Սա պարզ կառուցվածք է, որի դեպքում պիեզոէլեկտրական կերամիկա կպչում է արույր կամ նիկելի խառնուրդ մետաղական թիթեղին:

Պիեզո դիֆրագմների համար ձայնի ստեղծման մեխանիզմ

Երբ պիեզոէլեկտրական կերամիկայի վրա լարում է կիրառվում, այն տարածվում է իր հարթության վրա: Երբ պիեզոէլեկտրական դիֆրագմայի վրա լարում է կիրառվում, քանի որ մետաղական թիթեղը չի ձգվում, այն թեքվում է, ինչպես ցույց է տրված (ա) կետում: Երբ կիրառվող լարման բևեռականությունը հակադարձվում է, պիեզոէլեկտրական կերամիկա փոքրանում է, և մետաղական թիթեղը թեքվում է դեպի հակառակ կողմը, ինչպես ցույց է տրված (բ) կետում:

Երբ կիրառվող լարման ուղղությունը փոխվում է, (ա) և (բ) վիճակները կրկնվում են, և ինչպես ցույց է տրված (գ)-ում, օդում ձայնային ալիքներ են առաջանում։