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NINGBO SANCO ELECTRONICS CO., LTD.

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

Bei der Verwendung von piezoelektrischen Elementen in einer Anwendung mit hörbarer Ausgabe wird eine Metallplatte an dem Keramikelement 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.

IMPEDANZ-EIGENSCHAFTEN Das Ersatzschaltbild für piezoelektrische Elemente ist in Abb. 3 dargestellt. Die mechanische Resonanz des Elements wird durch R, L, C dargestellt, wobei L und C die Resonanzfrequenz bestimmen (Abb. 3). 6dklprf0 Da der Nebenschlusskondensator größer als die Reihenkombination ist, ist die Gesamtimpedanz kapazitiv. xjjk0kac VIBRATIONSMODI UND UNTERSTÜTZUNGSMETHODEN FÜR DAS TONELEMENT Abhängig von der Art der Montage können im Element drei Hauptvibrationsmodi erzeugt werden. Dies ist in Fig. 2 dargestellt . MONTAGE (1) Knotenunterstützung Das in Fig. 2 (a) gezeigte Klangelement ist knotenmontiert , so dass es in einem freien Zustand vibrieren kann. Der Knoten, ein Umfang, an dem keine Vibration stattfindet, wird wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigt erzeugt. Die Montage am Knoten bewirkt die geringste mechanische Unterdrückung der Vibration und ermöglicht somit die größte Amplitude. Daher ergibt dieses Montageverfahren, wie in Fig. 5 (a) dargestellt, die höchste Schalldruckausgabe und die stabilste Schwingungsfrequenz der drei Auswahlmöglichkeiten. Infolgedessen ist dies das am besten geeignete Design für Selbstantriebsanwendungen mit hoher Leistung. (2) Kantenunterstützung Abb. 2 (b) zeigt den Vibrationsmodus, wenn das Schallelement an den Kanten unterstützt wird. In dieser Montagekonfiguration vibriert die gesamte Schallplatte auf und ab, wie durch die gestrichelte Linie im Diagramm dargestellt. 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 Schwingungsmodus, wenn das Schallelement in der Mitte abgestützt wird. Da der Hauptvibrationsbereich stark unterstützt wird, sind bei Verwendung dieser Methode keine großen Schalldruckpegel möglich. Auch dies ist für externe Laufwerke geeignet, aber aufgrund von Konstruktionsschwierigkeiten ist die Center-Unterstützung als Alarm nicht hilfreich. CIRCUIT DESIGN CONSIERATIONS 1. Driving Wave
Die Piezoelemente können abhängig von der jeweiligen Anwendung entweder durch eine Sinus-, Impuls- oder Rechteckwelle angetrieben werden. Wenn eine Sinuswelle verwendet wird, arbeitet das Gerät mit einer Frequenz, die niedriger als die Resonanzfrequenz (Fo) ist, mit einem niedrigeren Schalldruckpegel. Der Grund dafür ist der Energieverlust durch die Zeitverzögerung zwischen den Spitzenauslenkungen, 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 realisiert. Ein Parallelkondensator kann diese Harmonischen reduzieren.2. Fahrfrequenz
Für eine maximale Leistung 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 Vorkehrungen getroffen werden, um zu verhindern, dass sie Gleichstrom ausgesetzt werden.

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

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

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

7. Montagekleber:
Die richtige Anwendung von Montagekleber ist erforderlich, um einen angemessenen Schalldruckpegel zu erzielen.

8. Design des Resonanzgehäuses:
Wenn ein Element unterstützt wird und keinen Fall hat, ist der Schalldruckpegel gering. Dies liegt daran, dass die akustische Impedanz der Elemente nicht mit der einer Open-Air-Belastung übereinstimmt.
Durch Aufbau eines Resonanzgehäuses kann jedoch die akustische Impedanz des Elements und der eingeschlossenen Luft angepasst werden. Dieser Fall kann wie folgt gestaltet werden
(Helmholtz-Gleichung)

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fo = Resonanzfrequenz des Hohlraums (Hz) c = Schallgeschwindigkeit 34,4 x cm / s bei 24
a = Radius des Schallemissionslochs (cm) d = Durchmesser des Trägers
h = Höhe des Hohlraums (cm)
t = Hohlraumdicke
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. Lötempfehlungen
Der gewünschte Ort zum Löten von Zuleitungsdrähten an einem Element ist der Punkt, der dem Rand der Silberoberfläche am nächsten liegt. Der gewünschte Ort zum Löten einer Leitung an die Metallplatte ist der Bereich zwischen dem Ende der Platte und dem Ende der Keramik.
Nachfolgend sind die Bedingungen für das Löten aufgeführt.

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