Mehanizem zvoka piezoelektričnega brenčala

Piezoelektrični brenčali se pogosto uporabljajo v različnih elektronskih napravah, kot so alarmi, časovniki in elektronske igrače. So priljubljena izbira zaradi svoje kompaktne velikosti, nizke porabe energije in visoke zanesljivosti. V tem članku bomo raziskali mehanizem za ustvarjanje zvoka v piezoelektričnih brenčalih.

Uvod

Piezoelektrični brenčali so naprave, ki pretvarjajo električno energijo v mehanske vibracije, ki nato ustvarjajo zvočne valove. Brenčala so sestavljena iz piezoelektričnega keramičnega diska, ki je stisnjen med dve kovinski elektrodi. Ko je na elektrode priključena izmenična napetost, disk vibrira in ustvarja zvočne valove.

Piezoelektrični  učinek

Piezoelektrični učinek je sposobnost določenih materialov, da ustvarijo električni naboj kot odgovor na mehansko obremenitev in obratno. Piezoelektrični materiali imajo kristalno strukturo, ki je zelo urejena in simetrična. Ko je material izpostavljen mehanski sili, se poruši simetrija kristalne mreže, kar povzroči nastanek električnega naboja.

Načelo delovanja piezoelektričnih zvočnikov

Piezoelektrični brenčali so sestavljeni iz piezoelektričnega keramičnega diska, ki je nameščen na kovinsko ploščo. Kovinska plošča deluje kot diafragma, ki ojača vibracije, ki jih ustvarja piezoelektrični disk. Ko je na elektrode priključena izmenična napetost, se piezoelektrični disk hitro razširi in skrči, zaradi česar kovinska plošča vibrira. Ta vibracija ustvarja zvočne valove, ki jih diafragma ojača in oddaja v okoliški zrak.

Frekvenca in amplituda

Frekvenca in amplituda zvoka, ki ga ustvari piezoelektrično brenčalo, sta odvisni od velikosti in oblike keramičnega diska ter frekvence in amplitude izmenične napetosti, ki se uporablja za elektrode. Na splošno manjši keramični diski proizvajajo višje frekvence, medtem ko večji diski proizvajajo nižje frekvence. Podobno višje napetosti povzročijo večje amplitude, kar ima za posledico glasnejše zvoke.

Vrste piezoelektričnih zvočnikov

Obstajata dve glavni vrsti piezoelektričnih brenčalov: samognani in zunanji. Brenčala z lastnim pogonom imajo vgrajen oscilator, ki generira AC napetost, potrebno za pogon piezoelektričnega diska. Zunanji brenčali potrebujejo zunanji oscilator za zagotavljanje izmenične napetosti.

Uporaba piezoelektričnih brenčalov

Piezoelektrični brenčali se uporabljajo v številnih aplikacijah, vključno z:

• Alarmi in časovniki

• Elektronske igrače

• Avtomobilski opozorilni sistemi

• Medicinski pripomočki

• Gospodinjski aparati

  
  

Prednosti piezoelektričnih zvočnikov

Piezoelektrični brenčali ponujajo številne prednosti pred drugimi vrstami generatorjev zvoka, vključno z:

• Kompaktna velikost

• Nizka poraba energije

• Visoka zanesljivost

• Širok razpon delovne temperature

• Nizke elektromagnetne motnje

  
  

Slabosti piezoelektričnih zvočnikov

Kljub številnim prednostim imajo piezoelektrični brenčali tudi nekaj slabosti, vključno z:

• Omejeno frekvenčno območje

• Omejena raven zvočnega tlaka

• Slaba kakovost zvoka

  
  

Zaključek

Piezoelektrični brenčali so vsestranske naprave, ki se uporabljajo v številnih elektronskih aplikacijah. Mehanizem njihovega delovanja temelji na piezoelektričnem učinku, ki določenim materialom omogoča pretvorbo električne energije v mehanske vibracije. Z razumevanjem načel, ki stojijo za piezoelektričnimi brenčali, lahko oblikovalci izberejo pravo vrsto brenčala za svojo aplikacijo in optimizirajo njegovo delovanje.

Zgradba piezoelektrične diafragme

Piezoelektrični zvočni element mora imeti piezoelektrično membrano.

To je preprosta struktura, v kateri se piezoelektrična keramika prilepi na kovinsko ploščo iz medenine ali nikljeve zlitine.

Mehanizem proizvajanja zvoka za piezo diafragme

Ko je na piezoelektrično keramiko priključena napetost, se ta razširi v njeni ravnini. Ko je na piezoelektrično membrano priključena napetost, se kovinska plošča, ker ni raztegnjena, upogne, kot je prikazano na (a). Ko se polarnost uporabljene napetosti obrne, se piezoelektrična keramika skrči in kovinska plošča se upogne proti nasprotni strani, kot je prikazano na (b).

Ko se smer uporabljene napetosti spreminja, se stanja (a) in (b) ponavljata in kot je prikazano v (c), se v zraku ustvarjajo zvočni valovi.