Механизм звука пьезоэлектрического зуммера

Пьезоэлектрические зуммеры широко используются в различных электронных устройствах, таких как будильники, таймеры и электронные игрушки. Они пользуются популярностью благодаря своим компактным размерам, низкому энергопотреблению и высокой надежности. В этой статье мы рассмотрим механизм генерации звука в пьезоэлектрических зуммерах.

Введение

Пьезоэлектрические зуммеры — это устройства, которые преобразуют электрическую энергию в механические вибрации, которые, в свою очередь, генерируют звуковые волны. Зуммеры состоят из пьезоэлектрического керамического диска, зажатого между двумя металлическими электродами. Когда на электроды подается переменное напряжение, диск вибрирует, генерируя звуковые волны.

Пьезоэлектрический  эффект

Пьезоэлектрический эффект — это способность некоторых материалов генерировать электрический заряд в ответ на механическое воздействие и наоборот. Пьезоэлектрические материалы имеют кристаллическую структуру, которая является высокоупорядоченной и симметричной. Когда материал подвергается механическому воздействию, симметрия кристаллической решетки нарушается, что приводит к генерации электрического заряда.

Принцип работы пьезоэлектрических зуммеров

Пьезоэлектрические зуммеры состоят из пьезоэлектрического керамического диска, закрепленного на металлической пластине. Металлическая пластина действует как диафрагма, усиливающая вибрации, создаваемые пьезоэлектрическим диском. Когда на электроды подается переменное напряжение, пьезоэлектрический диск быстро расширяется и сжимается, вызывая вибрацию металлической пластины. Эта вибрация генерирует звуковые волны, которые усиливаются диафрагмой и излучаются в окружающий воздух.

Частота и амплитуда

Частота и амплитуда звука, генерируемого пьезоэлектрическим зуммером, зависят от размера и формы керамического диска, а также от частоты и амплитуды переменного напряжения, приложенного к электродам. Как правило, керамические диски меньшего размера производят более высокие частоты, а диски большего размера — более низкие частоты. Аналогичным образом, более высокое напряжение создает большую амплитуду, что приводит к более громким звукам.

Типы пьезоэлектрических зуммеров

Существует два основных типа пьезоэлектрических зуммеров: с автономным приводом и с внешним приводом. Зуммеры с автономным приводом имеют встроенный генератор, который генерирует переменное напряжение, необходимое для привода пьезоэлектрического диска. Зуммерам с внешним управлением требуется внешний генератор для подачи переменного напряжения.

Применение пьезоэлектрических зуммеров

Пьезоэлектрические зуммеры используются в широком спектре применений, в том числе:

• Будильники и таймеры

• Электронные игрушки

• Автомобильные системы оповещения

• Медицинские приборы

• Бытовая техника

  
  

Преимущества пьезоэлектрических зуммеров

Пьезоэлектрические зуммеры имеют ряд преимуществ перед другими типами звуковых генераторов, в том числе:

• Компактный размер

• Низкое энергопотребление

• Высокая надежность

• Широкий диапазон рабочих температур

• Низкие электромагнитные помехи

  
  

Недостатки пьезоэлектрических зуммеров

Несмотря на множество преимуществ, пьезоэлектрические зуммеры также имеют некоторые недостатки, в том числе:

• Ограниченный диапазон частот

• Ограниченный уровень звукового давления

• Плохое качество звука

  
  

Заключение

Пьезоэлектрические зуммеры — это универсальные устройства, которые используются в широком спектре электронных приложений. Механизм их работы основан на пьезоэлектрическом эффекте, который позволяет некоторым материалам преобразовывать электрическую энергию в механические вибрации. Понимая принципы, лежащие в основе пьезоэлектрических зуммеров, дизайнеры могут выбрать правильный тип зуммера для своего применения и оптимизировать его работу.

Структура пьезоэлектрической диафрагмы

Пьезоэлектрический звуковой элемент должен иметь пьезоэлектрическую диафрагму.

Это простая структура, в которой пьезоэлектрическая керамика прилипает к металлической пластине из латуни или никелевого сплава.

Механизм получения звука на пьезодиафрагмах

Когда к пьезоэлектрической керамике прикладывается напряжение, она расширяется в своей плоскости. При подаче напряжения на пьезоэлектрическую диафрагму, поскольку металлическая пластина не растягивается, она изгибается, как показано на (а). Когда полярность приложенного напряжения меняется, пьезоэлектрическая керамика сжимается, а металлическая пластина изгибается в противоположную сторону, как показано на (b).

Когда направление приложенного напряжения меняется, состояния (a) и (b) повторяются, и, как показано на (c), в воздухе генерируются звуковые волны.