Skatījumi: 213 Autors: Vietnes redaktors Publicēšanas laiks: 2019-09-05 Izcelsme: Vietne
Pjezoelektriskos skaņas signālus plaši izmanto dažādās elektroniskās ierīcēs, piemēram, trauksmes signālos, taimeros un elektroniskās rotaļlietās. Tie ir populāra izvēle to kompaktā izmēra, zemā enerģijas patēriņa un augstās uzticamības dēļ. Šajā rakstā mēs izpētīsim mehānismu, kas nodrošina skaņas ģenerēšanu pjezoelektriskajos skaņas signālos.
Pjezoelektriskie skaņas signāli ir ierīces, kas pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskās vibrācijās, kas savukārt rada skaņas viļņus. Skaņas sastāv no pjezoelektriska keramikas diska, kas ir iestiprināts starp diviem metāla elektrodiem. Kad elektrodiem tiek pielikts maiņstrāvas spriegums, disks vibrē, radot skaņas viļņus.
Pjezoelektriskais efekts ir noteiktu materiālu spēja radīt elektrisko lādiņu, reaģējot uz mehānisko spriegumu, un otrādi. Pjezoelektriskajiem materiāliem ir kristāliska struktūra, kas ir ļoti sakārtota un simetriska. Kad materiāls tiek pakļauts mehāniskam spēkam, tiek izjaukta kristāla režģa simetrija, kā rezultātā rodas elektriskais lādiņš.
Pjezoelektriskie skaņas signāli sastāv no pjezoelektriskā keramikas diska, kas ir uzstādīts uz metāla plāksnes. Metāla plāksne darbojas kā diafragma, kas pastiprina pjezoelektriskā diska radītās vibrācijas. Kad elektrodiem tiek pielikts maiņstrāvas spriegums, pjezoelektriskais disks strauji izplešas un saraujas, izraisot metāla plāksnes vibrāciju. Šī vibrācija rada skaņas viļņus, kurus pastiprina diafragma un izstaro apkārtējā gaisā.
Pjezoelektriskā skaņas signāla radītās skaņas frekvence un amplitūda ir atkarīga no keramikas diska izmēra un formas, kā arī no elektrodiem pievadītā maiņstrāvas sprieguma frekvences un amplitūdas. Parasti mazāki keramikas diski rada augstākas frekvences, bet lielāki diski rada zemākas frekvences. Tāpat augstāks spriegums rada lielākas amplitūdas, kā rezultātā skaņas ir skaļākas.
Ir divi galvenie pjezoelektrisko skaņas signālu veidi: pašpiedziņas un ārēji piedziņas. Pašpiedziņas skaņas signāliem ir iebūvēts oscilators, kas ģenerē maiņstrāvas spriegumu, kas nepieciešams pjezoelektriskā diska darbināšanai. Ārēji darbināmiem skaņas signāliem ir nepieciešams ārējs oscilators, lai nodrošinātu maiņstrāvas spriegumu.
Pjezoelektriskie skaņas signāli tiek izmantoti plašā lietojumu klāstā, tostarp:
Modinātāji un taimeri
Elektroniskās rotaļlietas
Automobiļu brīdinājuma sistēmas
Medicīniskās ierīces
Sadzīves tehnika
Pjezoelektriskie skaņas signāli piedāvā vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar citiem skaņas ģeneratoru veidiem, tostarp:
Kompakts izmērs
Zems enerģijas patēriņš
Augsta uzticamība
Plašs darba temperatūras diapazons
Zemi elektromagnētiskie traucējumi
Neskatoties uz daudzajām priekšrocībām, pjezoelektriskajiem skaņas signāliem ir arī daži trūkumi, tostarp:
Ierobežots frekvenču diapazons
Ierobežots skaņas spiediena līmenis
Slikta skaņas kvalitāte
Pjezoelektriskie skaņas signāli ir daudzpusīgas ierīces, ko izmanto plašā elektronisko lietojumu klāstā. To darbības mehānisms ir balstīts uz pjezoelektrisko efektu, kas ļauj noteiktiem materiāliem pārveidot elektrisko enerģiju mehāniskās vibrācijās. Izprotot pjezoelektrisko skaņas signālu principus, dizaineri var izvēlēties savam pielietojumam piemērotu skaņas signālu un optimizēt tā veiktspēju.
Pjezoelektriskās diafragmas uzbūve
Pjezoelektriskajam skaņas elementam jābūt ar pjezoelektrisko diafragmu.
Šī ir vienkārša struktūra, kurā pjezoelektriskā keramika pielīp pie misiņa vai niķeļa sakausējuma metāla plāksnes.
Pjezo diafragmu skaņas radīšanas mehānisms
Kad pjezoelektriskajai keramikai tiek pielikts spriegums, tas izplešas savā plaknē. Kad pjezoelektriskajai diafragmai tiek pielikts spriegums, jo metāla plāksne nav izstiepta, tā tiek saliekta, kā parādīts a) apakšpunktā. Kad pielietotā sprieguma polaritāte tiek mainīta, pjezoelektriskā keramika saraujas un metāla plāksne tiek saliekta uz pretējo pusi, kā parādīts (b).
Kad pielietotā sprieguma virziens mainās, (a) un (b) stāvokļi tiek atkārtoti, un, kā parādīts (c), gaisā tiek ģenerēti skaņas viļņi.
