Понимание и использование пьезоэлектрического преобразователя

В этом посте мы пытаемся исследовать, что такое преобразователи и как их нужно настраивать в схемах при их использовании в конкретном приложении.

Что такое пьезоэлектрические преобразователи

Пьезопреобразователь - это устройство, которое в основном используется для преобразования приложенной частоты в слышимый звук. Его можно сравнить с громкоговорителем, разница лишь в управляемости и принципах работы.

Динамик используется для обработки мощных звуковых частот и способен точно воспроизводить то, что подается на вход.

Однако пьезоэлектрический преобразователь может быть не таким эффективным, как динамик, с мощностью и качеством вывода, но есть несколько особенностей, которые делают эти устройства выдающимися.

Пьезоэлектрический преобразователь особенно подходит для создания очень высоких звуковых сигналов, которые динамик может быть не в состоянии сделать.

Кроме того, пьезопреобразователь дешев, очень компактен и изящен и не требует сложных схем для работы.

Таким образом, в основном они используются для воспроизведения высоких нот, используемых в музыкальных рожках, предупреждающих устройствах и т. Д.

Общие характеристики (использование в качестве звукового генератора)

Пьезопреобразователь имеет круглую форму с металлическим основанием, более популярны пьезопреобразователи диаметром 27 мм.
Примерно в 3 мм от внешней периферии внутренний пьезо материал нанесен на металлическую основу пьезо.

Этот материал довольно уязвим, особенно при пайке на них проводов.

В основном это двухконтактного и трехконтактного типа. Металлическое основание используется в качестве клеммы заземления, а внутреннее покрытие из поэзо-материала становится положительной клеммой.

Для трехконтактного типа внутренний пьезоматериал состоит из небольшой дискретно разделенной пьезоэлемента, которая становится третьим контактом и ведет себя в основном как элемент обратной связи.

Вышеупомянутый трехконтактный пьезоэлектрический преобразователь может также использоваться в двухпроводном преобразователе, где третий центральный контакт обратной связи не используется.

Внешняя частота от пьезодрайвера прикладывается к металлическому основанию и внутреннему пьезо материалу, пьезо затем начинает вибрировать на уровне приложенной частоты, генерируя высокий звук.

Однако этот звук может быть очень незначительным и низким, если пьезоэлемент не закреплен на специальном пластиковом корпусе с центральным отверстием.

Размер отверстия имеет значение и не должен быть больше 8 мм в диаметре или меньше 6 мм в диаметре.

Пластиковый корпус должен быть таким, чтобы пьезоэлемент приклеивался клеем на подъемную платформу всего на пару мм выше основания корпуса, которое состоит из вышеупомянутого отверстия.

Выступающая часть должна быть шириной всего 2 мм и едва поддерживать периферийный край пьезоэлектрического элемента.

Была объяснена вся процедура наклеивания (установки) в этой простой статье схемы зуммера .

Технические характеристики - Принцип работы пьезо

Как мы знаем, пьезоэлектрический преобразователь преобразует механическую силу в эквивалентные электрические импульсы, проходящие через выводы своего тела. Приложение этой механической силы к пьезоматериалу может иметь следующие 3 основные формы:

• Поперечный
• Продольный
• Сдвиг.

Поперечный эффект

В этом ударе давление сокращается по нейтральной оси (y), движущиеся заряды в направлении (x), перпендикулярном силовой линии. Величина или уровень создаваемого заряда (Cz) зависит от геометрических характеристик пьезоэлектрического материала. Если мы возьмем a, b, d в качестве размеров, мы получим:

C_{с участием}= d_хуF_Y б / а

куда к - размер по нейтральной оси, б лежит на линии, генерирующей заряд, и d релевантный пьезоэлектрический коэффициент.

Продольный эффект

При этом ударе величина переносимого заряда точно эквивалентна приложенной силе. Однако это не зависит от пьезоэлектрических размеров.

Единственный способ увеличить выход заряда пьезоэлемента - это механически сконфигурировать многие из этих устройств последовательно или сложить одно над другим, но электрически соединить параллельно. Сгенерированный заряд можно рассчитать по следующей формуле:

C_Икс= d_ххF_Икс п

Где D_ххобозначает пьезоэлектрический коэффициент для заряда в направлении x, создаваемого напряжением или силой, приложенной в том же направлении. F_Икспредставляет силу, приложенную в x-направлении, а п представляет собой количество пьезоэлементов, установленных один над другим.

Эффект сдвига

При этом ударе генерируемые заряды точно эквивалентны приложенной силе, но не зависят от размеров пьезо. Когда п Если преобразователи установлены последовательно один над другим и электрически соединены параллельно, величина заряда может быть рассчитана с помощью следующего уравнения:

C_Икс= 2d_ххF_Икс п

Только поперечный эффект имеет регулируемую чувствительность к приложенной силе к пьезоматериалу, которая недоступна для результатов продольного и поперечного эффекта.