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Technisch
Die Technologie und Funktionsweise von Piezo Sounder GRUNDLAGEN Ein piezoelektrisches Keramikelement ist ein Sinterkörper aus vielen Kristallen (Polykristallen). Eine Verzerrung dieses Kristalls tritt auf, wenn das Element thermisch, mechanisch oder elektrisch belastet wird. Diese Verzerrungen schaffen viele Verwendungsmöglichkeiten, einschließlich Alarm- und Sensoranwendungen.

Bei der Verwendung von piezoelektrischen Elementen für die akustische Ausgabe einer Anwendung wird eine Metallplatte an dem keramischen Element angebracht, da die Resonanzfrequenz der Keramik zu hoch ist, um selbst einen hörbaren Ton zu erzeugen. Diese Metallplatte vibriert, wie in Fig. 1 gezeigt, aufgrund der Kontraktion und Expansion der Piezokeramik, und es wird ein hörbares Signal erzeugt.

EIGENSCHAFTEN DER IMPEDANZ Das Ersatzschaltbild für piezoelektrische Elemente ist in Abb. 3 dargestellt. Die mechanische Resonanz des Elements wird durch R, L, C angegeben, wobei L und C die Resonanzfrequenz bestimmen (Abb. 3). 6dklprf0 Da der Nebenschlusskondensator größer als die Reihenschaltung ist, ist die Gesamtimpedanz kapazitiv. xjjk0kac VIBRATIONSMODI UND STÜTZMETHODEN FÜR DAS SCHALLELEMENT Je nach Montageart können im Element drei Hauptvibrationsmodi erzeugt werden. Dies ist in Abb. 2 dargestellt . MONTAGE (1) Knotenträger Das in Abb. 2 (a) gezeigte Schallelement ist knotenmontiert und kann im freien Zustand vibrieren. Der Knoten, ein Umfang, an dem keine Vibration stattfindet, wird wie durch die gestrichelte Linie in 1 gezeigt erzeugt. Die Montage am Knoten bewirkt die geringste mechanische Unterdrückung von Vibration, wodurch die größte Amplitude ermöglicht wird. Daher liefert diese Montagemethode, wie in 5 (a) dargestellt, die höchste Schalldruckausgabe und die stabilste Oszillationsfrequenz der drei Auswahlmöglichkeiten. Infolgedessen ist dies die am besten geeignete Konstruktion für Selbstfahreranwendungen mit hoher Ausgangsleistung. (2) Kantenstütze Abb. 2 (b) zeigt den Vibrationsmodus, wenn das Schallelement an den Kanten abgestützt ist. Bei dieser Montagekonfiguration vibriert die gesamte Schallplatte auf und ab, wie dies durch die gestrichelte Linie in der Abbildung dargestellt ist. Daher unterdrückt das Kantenverfahren, wie es in Fig. 5 (b) dargestellt ist, die Grundresonanzfrequenz durch Bewegen des Knotens. Dies bietet die Möglichkeit eines breiten Frequenzgangs und wird am vorteilhaftesten mit einem externen Antrieb verwendet. (3) Mittenunterstützung Fig. 2 (c) zeigt den Vibrationsmodus, wenn das Schallelement in der Mitte abgestützt ist. Da der Hauptschwingungsbereich kraftvoll unterstützt wird, sind bei dieser Methode keine großen Schalldruckpegel möglich. Auch dies ist für externe Laufwerke geeignet, aber aufgrund von Konstruktionsschwierigkeiten ist die Unterstützung des Zentrums nicht als Alarm nützlich. SCHALTUNGSDESIGN-ÜBERLEGUNGEN 1. Driving Wave
Die Piezoelemente können abhängig von der jeweiligen Anwendung entweder sinusförmig, gepulst oder rechteckförmig angesteuert werden. Wenn eine Sinuswelle verwendet wird, arbeitet das Gerät mit einer niedrigeren Frequenz als der Resonanzfrequenz (Fo) und einem niedrigeren Schalldruckpegel. Der Grund dafür ist der Energieverlust durch die Zeitverzögerung zwischen den Spitzenablenkungen, wie in Fig. 7 gezeigt. Es ist wichtig, dass ein sauberes sinusförmiges Signal bereitgestellt wird, da jedes Abschneiden der Wellenform zu einer Frequenzinstabilität führen kann. Wenn Rechteckwellen oder gepulste Wellen verwendet werden, um die Elemente anzutreiben, wird eine höhere akustische Leistung zusammen mit einer Erhöhung der Oberwellenpegel erzielt. Ein Parallelkondensator kann diese Harmonischen reduzieren. Fahrfrequenz
Für eine maximale Ausgangsleistung sollte eine Frequenz zwischen 500 Hz und 4 kHz verwendet werden, wie von dem ausgewählten Teil empfohlen.

3. DC-Vorsichtsmaßnahme
Um eine Depolarisation der Keramikelemente zu verhindern, müssen alle Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um zu verhindern, dass sie einem Gleichstrom ausgesetzt werden.

4. Vorsichtsmaßnahmen gegen Hochspannung
Eine höhere Spannung als die von der Spezifikation empfohlene kann die Keramik beschädigen, selbst wenn sie für kurze Zeit angelegt wird. Aufgrund der Stärke des piezoelektrischen Effekts kann eine hohe Spannung dazu führen, dass die Kristalle die gesinterten Bindungen aufbrechen, was zu einer dauerhaften Beschädigung führt. Deutlich höhere Schalldruckpegel werden nicht durch Spannungen erreicht, die höher sind als die von der Spezifikation empfohlenen.

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5. Booster-Coil-Anwendungen:
Überschreiten Sie bei Verwendung einer Booster-Spule nicht die empfohlenen Spannungen, da sich die Spule erwärmt und zu viel Strom zum Transistor fließt.

6. Schock:
Mechanische Einflüsse auf Summer oder Elemente können hohe Spannungen erzeugen, die die Ansteuerschaltung ernsthaft beschädigen können. Bei Anwendungen, bei denen ein mechanischer Schlag möglich ist, ist ein geeigneter Diodenschutz ratsam. Zenerdiode wie in Figur 7a gezeigt; Schottky-Diode wie in Abbildung 7b dargestellt.

7. Montagekleber:
Das richtige Auftragen von Montagekleber ist erforderlich, um einen angemessenen Schalldruckpegel zu erzeugen.

8. Aufbau des Resonanzgehäuses:
Wenn ein Element unterstützt wird und kein Gehäuse hat, ist der Schalldruckpegel gering. Dies liegt daran, dass die akustische Impedanz der Elemente nicht mit der einer Freiluftbelastung übereinstimmt.
Durch den Aufbau eines Resonanzgehäuses kann jedoch die akustische Impedanz des Elements und der eingeschlossenen Luft angepasst werden. Dieser Fall kann folgendermaßen entworfen werden
(Helmholtz-Gleichung)

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fo = Resonanzfrequenz der Kavität (Hz) c = Schallgeschwindigkeit 34,4 x cm / s bei 24
a = Radius der Schallaustrittsöffnung (cm) d = Durchmesser der Auflage
h = Höhe der Kavität (cm)
t = Dicke der Kavität
k = Konstante = ~ 1,3

9. Elektrostatische Kapazität
Es ist notwendig, die Ausgangsimpedanz des Oszillators an die Wandlerimpedanz anzupassen, um den maximalen Schalldruckpegel vom Wandler zu erhalten. Die tatsächliche elektrostatische Kapazität kann aus der folgenden Formel berechnet werden.

C = 8c6vpeco pF
D = Durchmesser der Elektrode (cm)
t = Dicke der Keramik (cm)

10. Empfehlungen zum Löten
Die gewünschte Stelle zum Löten von Anschlussdrähten an einem Element ist der Punkt, der dem Rand der Silberoberfläche am nächsten liegt. Die gewünschte Stelle zum Anlöten einer Mine an die Metallplatte ist der Bereich zwischen dem Ende der Platte und dem Ende der Keramik.
Nachfolgend finden Sie die Bedingungen für das Löten.

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