Lượt xem: 213 Tác giả: Site Editor Thời gian xuất bản: 2019-09-05 Nguồn gốc: Địa điểm
Còi áp điện được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử khác nhau như báo thức, hẹn giờ và đồ chơi điện tử. Chúng là sự lựa chọn phổ biến do kích thước nhỏ gọn, mức tiêu thụ điện năng thấp và độ tin cậy cao. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá cơ chế tạo ra âm thanh trong máy rung áp điện.
Máy rung áp điện là thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành các rung động cơ học, từ đó tạo ra sóng âm thanh. Bộ rung bao gồm một đĩa gốm áp điện được kẹp giữa hai điện cực kim loại. Khi một điện áp xoay chiều được đặt vào các điện cực, đĩa sẽ rung lên, tạo ra sóng âm thanh.
Hiệu ứng áp điện là khả năng của một số vật liệu nhất định tạo ra điện tích để phản ứng với ứng suất cơ học và ngược lại. Vật liệu áp điện có cấu trúc tinh thể có tính trật tự cao và đối xứng. Khi vật liệu chịu tác dụng của một lực cơ học, tính đối xứng của mạng tinh thể bị phá vỡ, dẫn đến việc tạo ra điện tích.
Chuông áp điện bao gồm một đĩa gốm áp điện được gắn trên một tấm kim loại. Tấm kim loại đóng vai trò như một màng ngăn, khuếch đại các rung động do đĩa áp điện tạo ra. Khi một điện áp xoay chiều được đặt vào các điện cực, đĩa áp điện sẽ giãn nở và co lại nhanh chóng, khiến tấm kim loại rung lên. Sự rung động này tạo ra sóng âm thanh, được khuếch đại bởi màng ngăn và tỏa ra không khí xung quanh.
Tần số và biên độ của âm thanh do còi áp điện tạo ra phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của đĩa gốm, cũng như tần số và biên độ của điện áp xoay chiều đặt vào các điện cực. Nói chung, đĩa gốm nhỏ hơn tạo ra tần số cao hơn, trong khi đĩa lớn hơn tạo ra tần số thấp hơn. Tương tự, điện áp cao hơn tạo ra biên độ lớn hơn, dẫn đến âm thanh to hơn.
Có hai loại còi áp điện chính: tự điều khiển và dẫn động bên ngoài. Bộ rung tự điều khiển có bộ dao động tích hợp tạo ra điện áp xoay chiều cần thiết để điều khiển đĩa áp điện. Bộ rung điều khiển bên ngoài yêu cầu bộ tạo dao động bên ngoài để cung cấp điện áp xoay chiều.
Bộ rung áp điện được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm:
Báo thức và hẹn giờ
Đồ chơi điện tử
Hệ thống cảnh báo ô tô
Thiết bị y tế
Thiết bị gia dụng
Bộ rung áp điện có một số ưu điểm so với các loại máy phát âm thanh khác, bao gồm:
Kích thước nhỏ gọn
Tiêu thụ điện năng thấp
Độ tin cậy cao
Phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng
Nhiễu điện từ thấp
Mặc dù có nhiều ưu điểm nhưng máy rung áp điện cũng có một số nhược điểm, bao gồm:
Dải tần số giới hạn
Mức áp suất âm thanh giới hạn
Chất lượng âm thanh kém
Chuông áp điện là thiết bị đa năng được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử. Cơ chế hoạt động của chúng dựa trên hiệu ứng áp điện, cho phép một số vật liệu chuyển đổi năng lượng điện thành các rung động cơ học. Bằng cách hiểu rõ các nguyên tắc đằng sau bộ rung áp điện, các nhà thiết kế có thể chọn loại bộ rung phù hợp cho ứng dụng của mình và tối ưu hóa hiệu suất của nó.
Cấu trúc màng áp điện
Phần tử âm thanh áp điện phải có màng áp điện.
Đây là một cấu trúc đơn giản trong đó gốm áp điện bám vào tấm kim loại bằng đồng hoặc hợp kim niken.
Cơ chế tạo âm thanh cho màng áp điện
Khi một điện áp được đặt vào gốm áp điện, nó sẽ mở rộng trong mặt phẳng của nó. Khi đặt một điện áp vào màng áp điện, vì tấm kim loại không bị kéo căng nên nó bị uốn cong như hình (a). Khi cực tính của điện áp đặt vào bị đảo ngược, gốm áp điện co lại và tấm kim loại bị uốn cong về phía đối diện như trong hình (b).
Khi hướng của điện áp đặt vào thay đổi, các trạng thái (a) và (b) được lặp lại, và như thể hiện trong (c), sóng âm được tạo ra trong không khí.
