ピエゾトランスデューサの理解と使用

この投稿では、トランスデューサーとは何か、特定のアプリケーションでトランスデューサーを使用する際に回路でどのように構成する必要があるかを調査します。

ピエゾトランスデューサーを理解する

ピエゾトランスデューサは、主に適用された周波数を可聴音に変換するために使用されるデバイスです。それはラウドスピーカーと比較することができますが、唯一の違いは処理能力と動作原理です。

スピーカーは、高出力のサウンド周波数を処理するために使用され、入力で供給されたものを正確に再現することができます。

ただし、ピエゾトランスデューサは、電力と出力品質を備えたスピーカーほど効率的ではない場合がありますが、これらのデバイスを際立たせる機能がいくつかあります。

ピエゾトランスデューサは、スピーカーでは不可能な非常に高いピッチのサウンド出力を生成するのに特に適しています。

さらに、ピエゾトランスデューサは安価で、非常にコンパクトで滑らかで、操作に複雑な回路を必要としません。

したがって、基本的にこれらは、ミュージカルホーンや警告装置などに適用できる高音を生成するために使用されます。

一般仕様（音源として使用）

ピエゾトランスデューサーは金属ベースの丸い形状で、直径27mmのピエゾトランスデューサーがより一般的です。
外周から約3mmのところに、ピエゾの金属ベースに内側のピエゾ素材がコーティングされています。

この材料は、特にワイヤーをはんだ付けしている間は非常に脆弱です。

基本的には2接点タイプと3接点タイプです。金属ベースが接地端子として使用され、内側のポエゾ材料コーティングが正の端子になります。

3接点タイプの場合、内側のピエゾ材料は、3番目の接点になり、主にフィードバック要素として動作する、個別に分離された小さなピエゾセクションで構成されます。

上記の3接点ピエゾは、3番目の中央フィードバック接点が使用されていない2線式トランスデューサアプリケーションでも使用できます。

ピエゾドライバからの外部周波数が金属ベースと内部ピエゾ材料に適用され、ピエゾは適用された周波数レベルで振動を開始し、高音を生成します。

ただし、ピエゾが中央の穴のある特殊なプラスチックハウジングに固定されていない限り、この音は非常に重要ではなく、音量が小さい可能性があります。

穴のサイズは重要であり、直径8mm以下または直径6mm未満であってはなりません。

プラスチック製のハウジングは、上記で説明した穴で構成されるハウジングのベースからわずか数mm上にあるレイズプラットフォーム上にピエゾが接着剤で貼り付けられるようにする必要があります。

隆起部分の幅はわずか2mmで、ピエゾの円周エッジをかろうじて支えます。

貼り付け（取り付け）手順全体を説明しました この簡単なブザー回路の記事で 。

技術仕様-ピエゾの動作方法

私たちが知っているように、圧電トランスデューサは、機械的な力をその本体の端子全体で同等の電気パルスに変換します。ピエゾ材料にこの機械的な力を加えるには、次の3つの基本的な形式が考えられます。

• 横
• 縦断的
• 剪断。

横効果

この衝撃では、圧力は中立軸（y）に沿ってカットされ、力線に垂直な（x）方向に沿って電荷を移動します。電荷の大きさまたはレベル（Cz）は、圧電材料の幾何学的仕様に依存します。 a、b、dを取得する次元として使用すると、次のようになります。

C_と= d_xyF_Y b / a

どこ に は中立軸を横切る寸法です。 b 電荷を生成する線上にあり、 d 関連する圧電係数です。

縦断的効果

この衝撃では、伝達される電荷​​の大きさは、加えられる力と特に同等です。ただし、これは圧電寸法に依存しません。

圧電素子からの電荷出力を増加させる唯一の方法は、これらのデバイスの多くを機械的に直列に構成するか、上下に積み重ねて電気的に並列に接続することです。生成された電荷は、次の式を使用して計算できます。

C_バツ= d_xxF_バツ n

ここで、D_xxは、同じ方向に加えられた応力または力によって生成された、x方向の電荷の圧電係数を示します。 F_バツx方向に加えられる力を表し、 n 上下に積み上げられたピエゾ素子の数を表します。

せん断効果

この衝撃では、生成された電荷は特に加えられた力と同等ですが、ピエゾの寸法には依存しません。いつ n トランスデューサーの数が上下に直列に積み重ねられ、電気的に並列に接続されている場合、電荷の大きさは次の式を使用して計算できます。

C_バツ= 2d_xxF_バツ n

横方向の効果のみが、ピエゾ材料に加えられた力に対して調整可能な感度を備えています。これは、縦方向およびせん断効果の結果には使用できません。