Grundlegendes und Verwenden eines Piezo-Wandlers

In diesem Beitrag versuchen wir zu untersuchen, was Wandler sind und wie sie in Schaltkreisen konfiguriert werden müssen, während sie in einer bestimmten Anwendung verwendet werden

Piezo-Wandler verstehen

Ein Piezo-Wandler ist ein Gerät, das hauptsächlich zum Umwandeln einer angelegten Frequenz in hörbaren Schall verwendet wird. Es kann mit einem Lautsprecher verglichen werden. Der einzige Unterschied besteht in der Handhabungskapazität und den Funktionsprinzipien.

Ein Lautsprecher wird für die Verarbeitung von Hochleistungsschallfrequenzen verwendet und kann genau wiedergeben, was am Eingang eingespeist wurde.

Ein Piezo-Wandler ist möglicherweise nicht so effizient wie ein Lautsprecher mit Strom- und Ausgangsqualität, aber es gibt einige Merkmale, die diese Geräte auszeichnen.

Ein Piezo-Wandler ist speziell für die Erzeugung sehr hoher Tonausgänge geeignet, was ein Lautsprecher möglicherweise nicht kann.

Darüber hinaus ist ein Piezo-Wandler billig, sehr kompakt und schlank und erfordert keine komplizierten Schaltungen für den Betrieb.

Im Grunde genommen werden diese also zur Erzeugung hoher Töne verwendet, die in Musikhörnern, Warngeräten usw. anwendbar sind.

Allgemeine Spezifikationen (Verwendung als Klangerzeuger)

Ein Piezo-Wandler hat eine runde Form mit einer metallischen Basis. Die Piezo-Wandler mit 27 mm Durchmesser sind beliebter.
Etwa 3 mm vom Außenumfang entfernt ist das innere Piezomaterial auf die Metallbasis eines Piezos aufgetragen.

Dieses Material ist besonders beim Löten von Drähten sehr anfällig.

Grundsätzlich sind dies zwei Kontakt- und drei Kontakttypen. Die Metallbasis wird als Erdungsanschluss verwendet und die innere Poezo-Materialbeschichtung wird zum positiven Anschluss.

Für den Drei-Kontakt-Typ besteht das innere Piezomaterial aus einem kleinen diskret getrennten Piezo-Abschnitt, der zum dritten Kontakt wird und sich hauptsächlich als Rückkopplungselement verhält.

Das obige Piezo mit drei Kontakten kann auch in Zweidrahtwandleranwendungen verwendet werden, bei denen der dritte zentrale Rückkopplungskontakt nicht verwendet wird.

Die externe Frequenz eines Piezotreibers wird über die Metallbasis und das innere Piezomaterial angelegt. Der Piezo beginnt dann mit dem angelegten Frequenzpegel zu vibrieren und erzeugt einen hohen Ton.

Dieser Klang kann jedoch sehr unbedeutend und leise sein, es sei denn, der Piezo ist über einem speziellen Kunststoffgehäuse mit einem Mittelloch befestigt.

Die Größe des Lochs ist wichtig und sollte nicht mehr als 8 mm im Durchmesser oder weniger als 6 mm im Durchmesser sein.

Das Kunststoffgehäuse sollte so beschaffen sein, dass der Piezo mit einem Klebstoff über eine Hebebühne nur wenige mm über dem Gehäuseboden, der aus dem oben erläuterten Loch besteht, geklebt wird.

Der erhabene Teil sollte nur 2 mm breit sein und die Umfangskante des Piezo kaum stützen.

Das gesamte Ankleben (Installationsverfahren) wurde erklärt in diesem einfachen Summer Schaltungsartikel .

Technische Daten - Funktionsweise von Piezo

Wie wir wissen, wandelt ein piezoelektrischer Wandler eine mechanische Kraft über seine Körperanschlüsse in äquivalente elektrische Impulse um. Die Anwendung dieser mechanischen Kraft auf das Piezomaterial kann in den folgenden 3 Grundformen erfolgen:

• Quer
• Längsrichtung
• Scheren.

Quereffekt

Bei diesem Aufprall wird der Druck entlang einer neutralen Achse (y) geschnitten, wobei Ladungen entlang der (x) -Richtung senkrecht zur Kraftlinie bewegt werden. Die Größe oder das Ladungsniveau (Cz) hängt von den geometrischen Spezifikationen des piezoelektrischen Materials ab. Wenn wir a, b, d als Dimensionen nehmen, erhalten wir:

C._mit= d_xyF._Y. b / a

wo zu ist die Abmessung über die neutrale Achse, b liegt auf der Linie, die die Ladung erzeugt, und d ist relevanter piezolektrischer Koeffizient.

Längseffekt

Bei diesem Aufprall entspricht die Größe der übertragenen Ladung speziell der ausgeübten Kraft. Dies ist jedoch nicht abhängig von den piezoelektrischen Abmessungen.

Die einzige Möglichkeit, die Ladungsabgabe eines piezoelektrischen Elements zu erhöhen, besteht darin, viele dieser Geräte mechanisch in Reihe oder übereinander gestapelt, jedoch elektrisch parallel geschaltet zu konfigurieren. Die erzeugte Ladung kann nach folgender Formel berechnet werden:

C._x= d_xxF._x n

Wo d_xxbezeichnet den piezoelektrischen Koeffizienten für eine Ladung über die x-Richtung, der durch die Spannung oder die Kraft erzeugt wird, die über dieselbe Richtung ausgeübt wird. F._xstellt die in x-Richtung ausgeübte Kraft dar, während n stellt die Anzahl der übereinander gestapelten Piezoelemente dar.

Schereffekt

Bei diesem Aufprall entsprechen die erzeugten Ladungen spezifisch der ausgeübten Kraft, hängen jedoch nicht von den Piezodimensionen ab. Wann n Die Anzahl der Wandler ist in Reihe übereinander gestapelt und elektrisch parallel geschaltet. Die Ladungsgröße kann unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden:

C._x= 2d_xxF._x n

Nur der Quereffekt weist eine einstellbare Empfindlichkeit für die auf das Piezomaterial ausgeübte Kraft auf, die für die Ergebnisse des Längs- und Schereffekts nicht verfügbar ist.