Mechanizmus zvuku piezoelektrického bzučiaka

Piezoelektrické bzučiaky sa široko používajú v rôznych elektronických zariadeniach, ako sú alarmy, časovače a elektronické hračky. Sú populárnou voľbou z dôvodu ich kompaktnej veľkosti, nízkej spotreby energie a vysokej spoľahlivosti. V tomto článku preskúmame mechanizmus generovania zvuku v piezoelektrických bzučiakoch.

Zavedenie

Piezoelektrické bzučiaky sú zariadenia, ktoré prevádzajú elektrickú energiu na mechanické vibrácie, ktoré zase vytvárajú zvukové vlny. Buzzery pozostávajú z piezoelektrického keramického disku, ktorý je vložený medzi dvoma kovovými elektródami. Ak sa na elektródy aplikuje striedavé napätie, disk vibruje a vytvára zvukové vlny.

Piezoelektrický  účinok

Piezoelektrický efekt je schopnosť určitých materiálov generovať elektrický náboj v reakcii na mechanické napätie a naopak. Piezoelektrické materiály majú kryštalickú štruktúru, ktorá je vysoko usporiadaná a symetrická. Ak je materiál vystavený mechanickej sile, symetria kryštálovej mriežky je narušená, čo vedie k vytvoreniu elektrického náboja.

Pracovný princíp piezoelektrických bzučiakov

Piezoelektrické bzučiaky pozostávajú z piezoelektrického keramického disku, ktorý je namontovaný na kovovej doske. Kovová doska pôsobí ako membrána, ktorá zosilňuje vibrácie generované piezoelektrickým diskom. Ak sa na elektródy aplikuje striedavé napätie, piezoelektrický disk sa rýchlo rozširuje a sťahuje, čo spôsobí vibráciu kovovej dosky. Táto vibrácia generuje zvukové vlny, ktoré sú zosilnené membránom a vyžarované do okolitého vzduchu.

Frekvencia a amplitúda

Frekvencia a amplitúda zvuku generovaného piezoelektrickým bzučiakom závisí od veľkosti a tvaru keramického disku, ako aj od frekvencie a amplitúdy striedavého napätia aplikovaného na elektródy. Všeobecne platí, že menšie keramické disky produkujú vyššie frekvencie, zatiaľ čo väčšie disky produkujú nižšie frekvencie. Podobne vyššie napätie vytvárajú väčšie amplitúdy, čo vedie k hlasnejším zvukom.

Typy piezoelektrických bzučiakov

Existujú dva hlavné typy piezoelektrických bzučiakov: samostatne poháňané a externe riadené. Samostatne poháňané bzučiaky majú zabudovaný oscilátor, ktorý generuje striedavé napätie potrebné na riadenie piezoelektrického disku. Externe poháňané bzučiaky vyžadujú, aby externý oscilátor poskytol napätie striedavého prúdu.

Aplikácie piezoelektrických bzučiakov

Piezoelektrické bzučiaky sa používajú v širokej škále aplikácií vrátane:

• Alarmy a časovače

• Elektronické hračky

• Automobilové výstražné systémy

• Zdravotníctvo

• Domáce spotrebiče

  
  

Výhody piezoelektrických bzučiakov

Piezoelektrické bzučiaky ponúkajú niekoľko výhod oproti iným typom zvukových generátorov vrátane:

• Kompaktná veľkosť

• Nízka spotreba energie

• Vysoká spoľahlivosť

• Široký rozsah prevádzkovej teploty

• Nízka elektromagnetická interferencia

  
  

Nevýhody piezoelektrických bzučiakov

Napriek mnohým výhodám majú piezoelektrické bzučiaky tiež určité nevýhody vrátane:

• Obmedzený frekvenčný rozsah

• Obmedzená úroveň zvukového tlaku

• Zlá kvalita zvuku

  
  

Záver

Piezoelektrické bzučiaky sú všestranné zariadenia, ktoré sa používajú v širokej škále elektronických aplikácií. Mechanizmus ich prevádzky je založený na piezoelektrickom efekte, ktorý umožňuje určitým materiálom premeniť elektrickú energiu na mechanické vibrácie. Pochopením princípov za piezoelektrickými bzučiakmi si dizajnéri môžu pre svoju aplikáciu zvoliť správny typ bzučiaka a optimalizovať jeho výkon.

Štruktúra piezoelektrickej bránice

Piezoelektrický zvukový prvok musí mať piezoelektrickú membránu.

Jedná sa o jednoduchú štruktúru, v ktorej piezoelektrická keramika prilepí na kovovú dosku mosadze alebo niklu.

Mechanizmus výroby zvuku pre piezo bránice

Ak sa napätie aplikuje na piezoelektrickú keramiku, rozširuje sa vo svojej rovine. Ak sa na piezoelektrickú membránu aplikuje napätie, pretože kovová doska nie je roztiahnutá, je ohnutá, ako je znázornené v (a). Keď je polarita aplikovaného napätia obrátená, piezoelektrická keramika sa zmenšuje a kovová doska je ohnutá smerom k opačnej strane, ako je znázornené v (B).

Ak sa striedajú striedanie použiteľného napätia, opakujú sa stavy (a) a (b) a ako je znázornené v (c), vo vzduchu sa generujú zvukové vlny.