Mechanizm dźwięku brzęczyka piezoelektrycznego

Brzęczenia piezoelektryczne są szeroko stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych, takich jak alarmy, timery i zabawki elektroniczne. Są popularnym wyborem ze względu na ich zwartą wielkość, niskie zużycie energii i wysoką niezawodność. W tym artykule zbadamy mechanizm generowania dźwięku w brzęczykach piezoelektrycznych.

Wstęp

Brzęczenia piezoelektryczne to urządzenia, które przekształcają energię elektryczną na wibracje mechaniczne, które z kolei generują fale dźwiękowe. Brzęczy się składa się z piezoelektrycznej tarczy ceramicznej, która jest umieszczona między dwiema metalowymi elektrodami. Gdy do elektrod nakłada napięcie prądu przemiennego, dysk wibruje, generując fale dźwiękowe.

piezoelektryczny Efekt

Efektem piezoelektrycznym jest zdolność niektórych materiałów do generowania ładunku elektrycznego w odpowiedzi na naprężenie mechaniczne i odwrotnie. Materiały piezoelektryczne mają krystaliczną strukturę, która jest wysoce uporządkowana i symetryczna. Gdy materiał jest poddawany sile mechanicznej, symetria sieci kryształowej jest zakłócona, co powoduje wytwarzanie ładunku elektrycznego.

Zasada pracy brzęczyków piezoelektrycznych

Brzęczenia piezoelektryczne składają się z piezoelektrycznej płyty ceramicznej, która jest zamontowana na metalowej płycie. Metalowa płyta działa jak przepona, która wzmacnia wibracje generowane przez dysk piezoelektryczny. Gdy napięcie prądu przemiennego jest przyłożone do elektrod, krążka piezoelektryczne rozszerza się i szybko się kurczy, powodując wibrację metalowej płyty. Ta wibracja generuje fale dźwiękowe, które są wzmacniane przez przeponę i promieniowane w otaczające powietrze.

Częstotliwość i amplituda

Częstotliwość i amplituda dźwięku generowanego przez brzęczyk piezoelektryczny zależą od wielkości i kształtu tarczy ceramicznej, a także od częstotliwości i amplitudy napięcia prądu przemiennego przyłożonego do elektrod. Zasadniczo mniejsze dyski ceramiczne wytwarzają wyższe częstotliwości, podczas gdy większe dyski wytwarzają niższe częstotliwości. Podobnie wyższe napięcia wytwarzają większe amplitudy, co powoduje głośniejsze dźwięki.

Rodzaje brzęczyków piezoelektrycznych

Istnieją dwa główne rodzaje brzęczyków piezoelektrycznych: napędzany samodzielnie i zewnętrznie. Samochlealne brzęczyki mają wbudowany oscylator, który generuje napięcie prądu przemiennego wymagane do prowadzenia krążka piezoelektrycznego. Brzęczenia napędzane zewnętrznie wymagają zewnętrznego oscylatora, aby zapewnić napięcie prądu przemiennego.

Zastosowania brzęczyków piezoelektrycznych

Brzęczenia piezoelektryczne są używane w szerokiej gamie zastosowań, w tym:

• Alarmy i timery

• Zabawki elektroniczne

• Systemy ostrzegawcze motoryzacyjne

• Urządzenia medyczne

• Urządzenia domowe

  
  

Zalety brzęczyków piezoelektrycznych

Brzęczenia piezoelektryczne oferują kilka zalet w porównaniu z innymi rodzajami generatorów dźwięku, w tym:

• Kompaktowy rozmiar

• Niskie zużycie energii

• Wysoka niezawodność

• Szeroki zakres temperatur roboczych

• Niskie zakłócenia elektromagnetyczne

  
  

Wady piezoelektrycznych brzęczyków

Pomimo wielu zalet, piezoelektryczne brzęczyki mają również pewne wady, w tym:

• Ograniczony zakres częstotliwości

• Ograniczony poziom ciśnienia dźwięku

• Słaba jakość dźwięku

  
  

Wniosek

Brzęczenia piezoelektryczne to wszechstronne urządzenia, które są używane w szerokiej gamie zastosowań elektronicznych. Mechanizm ich działania opiera się na efekcie piezoelektrycznym, który pozwala niektórym materiałom przekształcić energię elektryczną w wibracje mechaniczne. Zrozumienie zasad leżących u podstaw brzęczyków piezoelektrycznych projektanci mogą wybrać odpowiedni rodzaj brzęczyka do ich zastosowania i zoptymalizować jego wydajność.

Struktura przepony piezoelektrycznej

Piezoelektryczny element dźwięku musi mieć piezoelektryczną przeponę.

Jest to prosta konstrukcja, w której piezoelektryczna ceramika przylega do metalowej płyty z mosiądzu lub niklu.

Mechanizm wytwarzania dźwięku dla przepon piezo

Po przyłożeniu napięcia do ceramiki piezoelektrycznej, rozciąga się ono w swojej płaszczyźnie. Gdy napięcie jest przyłożone do piezoelektrycznej przepony, ponieważ metalowa płyta nie jest rozciągnięta, jest wygięte, jak pokazano w (a). Po odwróceniu polaryzacji zastosowanego napięcia, piezoelektryczna ceramika kurczy się, a metalowa płyta jest wygięta w przeciwnej stronie, jak pokazano w (B).

Gdy kierunek zastosowanego napięcia naprzemiennie, stany (a) i (b) są powtarzane i jak pokazano w (c), fale dźwiękowe są generowane w powietrzu.