Een piëzo-transducer begrijpen en gebruiken

In dit bericht proberen we te onderzoeken wat transducers zijn en hoe ze in circuits moeten worden geconfigureerd terwijl ze in een bepaalde toepassing worden gebruikt

Piëzo-transducers begrijpen

Een piëzo-transducer is een apparaat dat voornamelijk wordt gebruikt voor het omzetten van een toegepaste frequentie in hoorbaar geluid. Het kan worden vergeleken met een luidspreker, het enige verschil is de verwerkingscapaciteit en de werkingsprincipes.

Een luidspreker wordt gebruikt voor het verwerken van krachtige geluidsfrequenties en kan precies weergeven wat er aan de ingang wordt toegevoerd.

Een piëzo-transducer is misschien niet zo efficiënt als een luidspreker wat betreft vermogen en uitvoerkwaliteit, maar er zijn een paar van de kenmerken die deze apparaten uitstekend maken.

Een piëzo-transducer is speciaal geschikt voor het genereren van zeer hoge tonen, wat een luidspreker misschien niet kan.

Bovendien is een piëzo-transducer goedkoop, zeer compact en gestroomlijnd en heeft hij geen ingewikkelde schakelingen nodig om te werken.

Dus in principe worden deze gebruikt voor het produceren van hoge tonen die toepasbaar zijn in muziekhoorns, waarschuwingsapparaten enz.

Algemene specificaties (gebruik als geluidsgenerator)

Een piëzo-transducer is rond van vorm met een metalen basis, de piëzo-transducers met een diameter van 27 mm zijn populairder.
Ongeveer 3 mm van de buitenomtrek is het binnenste piëzo-materiaal gecoat op de metalen basis van een piëzo.

Dit materiaal is vrij kwetsbaar, vooral tijdens het solderen van draden.

In principe zijn dit twee contacttypen en drie contacttypen. De metalen basis wordt gebruikt als de aardingsaansluiting en de binnencoating van poezo-materiaal wordt de positieve aansluiting.

Voor het type met drie contacten bestaat het binnenste piëzo-materiaal uit een klein, discreet gescheiden piëzo-gedeelte dat het derde contact wordt en zich voornamelijk gedraagt ​​als het feedbackelement.

De bovenstaande piëzo met drie contacten kan ook worden gebruikt in een tweedraads transducertoepassing waar het derde centrale feedbackcontact niet wordt gebruikt.

De externe frequentie van een piëzo-driver wordt toegepast over de metalen basis en het binnenste piëzo-materiaal, de piëzo begint dan te trillen op het toegepaste frequentieniveau en genereert een hoog geluid.

Dit geluid kan echter erg onbeduidend en laag in volume zijn, tenzij de piëzo is bevestigd over een speciale plastic behuizing met een gat in het midden.

De grootte van het gat is van belang en mag niet meer dan 8 mm in diameter of minder dan 6 mm in diameter zijn.

De plastic behuizing moet zodanig zijn dat de piëzo met een kleefstof wordt geplakt op een verhoogd platform slechts een paar mm boven de basis van de behuizing die bestaat uit het hierboven beschreven gat.

Het verhoogde gedeelte moet slechts 2 mm breed zijn en de omtreksrand van de piëzo nauwelijks ondersteunen.

De hele procedure voor het plakken (installeren) is uitgelegd in dit eenvoudige artikel over zoemercircuits ​

Technische specificaties - Hoe piëzo werkt

Zoals we weten, zet een piëzo-elektrische transducer een mechanische kracht om in equivalente elektrische pulsen over zijn lichaamsterminals. De toepassing van deze mechanische kracht op het piëzo-materiaal kan de volgende 3 basisvormen hebben:

• Dwars
• Longitudinaal
• Schuintrekken.

Transversaal effect

Bij deze impact wordt de druk gesneden langs een neutrale as (y), waarbij ladingen langs de (x) -richting worden verplaatst, loodrecht op de krachtlijn. De grootte of het geproduceerde ladingsniveau (Cz) hangt af van de geometrische specificaties van het piëzo-elektrische materiaal. Als we a, b, d als afmetingen nemen, krijgen we:

C_met= d_xyF._Y b / a

waar naar is de afmeting over de neutrale as, b ligt op de lijn die de lading genereert, en d is relevante piëzolektrische coëfficiënt.

Longitudinaal effect

Bij deze impact is de grootte van de overgedragen lading specifiek gelijk aan de uitgeoefende kracht. Dit is echter niet afhankelijk van de piëzo-elektrische afmetingen.

De enige manier om de ladingsoutput van een piëzo-elektrisch element te verhogen, is door veel van deze apparaten mechanisch in serie te configureren of boven elkaar te stapelen, maar elektrisch parallel te schakelen. De gegenereerde lading kan worden berekend met behulp van de volgende formule:

C_X= d_xxF._X n

Waar d_xxgeeft de piëzo-elektrische coëfficiënt aan voor een lading in de x-richting, geproduceerd door de spanning of de kracht die in dezelfde richting wordt uitgeoefend. F._Xvertegenwoordigt de kracht uitgeoefend in de x-richting, while n staat voor het aantal piëzo-elementen dat boven elkaar is gestapeld.

Afschuifeffect

Bij deze impact zijn de gegenereerde ladingen specifiek equivalent aan de uitgeoefende kracht, maar niet afhankelijk van de piëzo-afmetingen. Wanneer n aantal transducers in serie boven elkaar zijn gestapeld en elektrisch parallel zijn geschakeld, kan de grootte van de lading worden berekend met behulp van de volgende vergelijking:

C_X= 2d_xxF._X n

Alleen het transversale effect heeft een instelbare gevoeligheid voor de uitgeoefende kracht op het piëzo-materiaal, die niet beschikbaar is voor de resultaten van het longitudinale en shear-effect.