Obwód przetwornika piezoelektrycznego i jego zastosowania

Niektóre kryształy, takie jak tytanian baru, kwarc, tantalit litu itp., Mają właściwość wytwarzania energii elektrycznej poprzez przyłożenie do nich siły lub ciśnienia w określonym układzie. Mogą również działać odwrotnie, przekształcając sygnał elektryczny przyłożony do nich w wibracje. Dlatego są wykorzystywane jako przetworniki w wielu zastosowaniach. Nazywa się je materiałami piezoelektrycznymi. W związku z tym przetwornik piezoelektryczny wytwarza napięcie, przykładając do nich siłę i odwrotnie. Najpierw przyjrzyjmy się niektórym zastosowaniom przetwornika piezoelektrycznego, a następnie jego definicji.

Efekt piezoelektryczny:

1. Analizator naprężeń mechanicznych:

Głównym zastosowaniem jest analizator naprężeń dla kolumn w budownictwie, w którym mierzy się proporcjonalne napięcie wytwarzane podczas naprężenia nad kryształem i można obliczyć odpowiadające mu naprężenie.

2. Zapalniczki:

Zapalniczka gazowa i zapalniczka papierosów również podlegają tej samej zasadzie efektu piezoelektrycznego, który wytwarza impuls elektryczny pod wpływem siły wytworzonej przez nagłe uderzenie wyzwalacza o znajdujący się w nich materiał.

Efekt piezoelektryczny definiuje się jako zmianę polaryzacji elektrycznej, która jest wytwarzana w niektórych materiałach pod wpływem naprężeń mechanicznych.

Odwrotny efekt piezoelektryczny:

1. Zegarek kwarcowy:

W naszym zegarku znajduje się rezonator kwarcowy, który działa jako oscylator. Elementem jest dwutlenek krzemu. Sygnał elektryczny przyłożony do kryształu powoduje okresowe wibracje, co z kolei reguluje koła zębate w naszym zegarku.

2. Brzęczyki piezoelektryczne:

Brzęczyki są szeroko stosowane w wielu zastosowaniach, takich jak wskaźnik cofania samochodu, komputery itp. W tym przypadku, po przyłożeniu napięcia o określonej wielkości i częstotliwości do wyżej wymienionego kryształu, mają one tendencję do wibracji. Wibracje można skierować do zamkniętej przestrzeni z małym otworem, dzięki czemu są słyszalne.

Odwrotny efekt piezoelektryczny definiuje się jako odkształcenie lub odkształcenie niektórych materiałów pod wpływem pola elektrycznego.

Przetwornik piezoelektryczny:

Powyżej znajduje się tani przetwornik piezoelektryczny z trzema zaciskami, używany w buzzerze piezoelektrycznym 12 V, który wytwarza dźwięk z poniższym układem obwodów. Gdzie czarna obudowa staje się strukturą, która tworzy słyszalny dźwięk.

Zamiana siły na energię elektryczną za pomocą przetwornika piezoelektrycznego:

Spróbujmy poeksperymentować z efektem piezoelektrycznym, przekształcając siłę w sygnał o niskim napięciu za pomocą dysku przetwornika piezoelektrycznego. Następnie spróbujmy zmagazynować energię wytworzoną przez siłę lub ciśnienie.

Lutowanie terminali:

Przylutowanie drutu do przetwornika piezoelektrycznego to główna część ich stosowania. Uważaj, aby nie przegrzać powierzchni, ponieważ topi się nawet w niskiej temperaturze przez kilka sekund. Dlatego spróbuj stopić ołów w lutownicy i upuścić stopiony lut na powierzchnię. Do tej operacji wystarczą zaciski dodatnie i ujemne, co widać na powyższym obrazku.

Operacja:

Przetwornik piezoelektryczny wytwarza nieciągły lub zmienny sygnał wyjściowy przy przykładaniu do niego powtarzanej siły nacisku. W związku z tym należy go naprawić, aby można go było przechowywać lub używać DC. Stąd dla wyższej sprawności prostowniczej 80% lub większej, będziemy używać prostownika pełnookresowego. Albo możemy użyć kombinacji czterech diod w konfiguracji mostkowej lub pakietu z wbudowaną diodą mostkową jak RB156. Oto odniesienie do budowy prostownika pełnookresowego z filtrem.

Stąd ta sama koncepcja jest stosowana tutaj, gdzie przemienne wyjście z przetwornika piezoelektrycznego jest przetwarzane na prąd stały i przechowywane wewnątrz kondensatora wyjściowego. Zgromadzona energia jest następnie odprowadzane przez diodę LED z kontrolowaną wyjściu. W związku z tym widoczne będzie rozpraszanie zgromadzonej energii.

Schemat obwodu przetwornika piezoelektrycznego:

Poniżej znajduje się schemat ideowy obwodu przetwornika piezoelektrycznego, w którym energia zmagazynowana w kondensatorze zostanie rozproszona tylko wtedy, gdy przełącznik dotykowy jest zamknięty.

Kondensator użyty na wyjściu można jeszcze bardziej zwiększyć, aby zwiększyć pojemność pamięci, ale należy również zwiększyć liczbę przetworników piezoelektrycznych. Stąd tutaj jest 47uF.

Pracujący:

Jak wyjaśniono w powyższej symulacji, połączenia są wykonane w płytce prototypowej. Jednak powodem zastosowania dwóch przetworników piezoelektrycznych jest zwiększenie ilości wytwarzanej energii w krótkim czasie. Początkowo zapewniamy ciągłe odczepianie przetworników.

Po osiągnięciu wymaganego poziomu napięcia wciskamy przełącznik dotykowy i dioda LED przez chwilę świeci.

Powodem migania diody LED, jak poniżej, jest to, że użyty kondensator 47uF może przechowywać tylko tyle energii, aby migać dioda LED przez kilka sekund. Ilość wytwarzanej i magazynowanej energii można zwiększyć poprzez zwiększenie liczby przetworników i wartości kondensatorów. Poniższy film przedstawia powyższy proces w krokach.