Κύκλωμα πιεζοηλεκτρικού μετατροπέα και οι εφαρμογές του

Ορισμένοι κρύσταλλοι όπως τιτανικό βάριο, χαλαζία, τανταλίτης λιθίου κ.λπ. έχουν την ιδιότητα να παράγουν ηλεκτρισμό όταν ασκούν δύναμη ή πίεση πάνω τους υπό συγκεκριμένη ρύθμιση. Επίσης, μπορούν να λειτουργούν αντίστροφα μετατρέποντας το ηλεκτρικό σήμα που εφαρμόζεται σε αυτές σε δονήσεις. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιούνται ως μετατροπείς σε πολλές εφαρμογές. Ονομάζονται ως πιεζοηλεκτρικά υλικά. Ως εκ τούτου, ένας πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας παράγει τάση όταν ασκεί δύναμη πάνω τους και αντίστροφα. Αρχικά, ας δούμε μερικές από τις εφαρμογές του Piezoelectric Transducer ακολουθούμενες από τον ορισμό.

Πιεζοηλεκτρική επίδραση:

1. Αναλυτής μηχανικής πίεσης:

Η κύρια εφαρμογή είναι ο αναλυτής τάσης για στήλες στο κτίριο όπου μετράται η αναλογική τάση που παράγεται κατά την πίεση πάνω από κρύσταλλο και μπορεί να υπολογιστεί η αντίστοιχη τάση.

2. Αναπτήρες:

Ο αναπτήρας καυστήρα αερίου και ο αναπτήρας τσιγάρων συμμορφώνονται επίσης με τον ίδιο κανόνα του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου που παράγει ηλεκτρικό παλμό στη δύναμη που παράγεται από την ξαφνική πρόσκρουση της σκανδάλης πάνω στο υλικό μέσα τους.

Το ηλεκτρικό εφέ Piezo ορίζεται ως η αλλαγή στην ηλεκτρική πόλωση που παράγεται σε ορισμένα υλικά όταν υφίστανται μηχανικές καταπονήσεις.

Αντίστροφη πιεζοηλεκτρική επίδραση:

1. Ρολόι χαλαζία:

Μέσα στο ρολόι μας, υπάρχει ένας συντονιστής χαλαζία που λειτουργεί ως ταλαντωτής. Το στοιχείο είναι το διοξείδιο του πυριτίου. Το ηλεκτρικό σήμα που εφαρμόζεται σε όλο τον κρύσταλλο το κάνει να δονείται περιοδικά, το οποίο με τη σειρά του ρυθμίζει τις ταχύτητες μέσα στο ρολόι μας.

2. Piezo Buzzers:

Οι βομβητές χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές εφαρμογές όπως η αντίστροφη ένδειξη αυτοκινήτου, οι υπολογιστές κ.λπ. Η δόνηση μπορεί να εκτραπεί σε στεγασμένο χώρο με μικρό άνοιγμα καθιστώντας τον σε ακουστικό ήχο.

Το αντίστροφο ηλεκτρικό εφέ Piezo ορίζεται ως το στέλεχος ή η παραμόρφωση που παράγεται σε ορισμένα υλικά όταν υποβάλλεται σε ηλεκτρικό πεδίο.

Πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας:

Πάνω είναι ένας φθηνός τριών ακροδεκτών πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας που χρησιμοποιείται στο 12V Piezo Buzzer που παράγει ήχο με την παρακάτω διάταξη κυκλώματος. Όπου το μαύρο περίβλημα γίνεται η δομή για τη δημιουργία ακουστικού ήχου.

Μετατροπή δύναμης σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας πιεζοηλεκτρικό μορφοτροπέα:

Ας προσπαθήσουμε να πειραματιστούμε το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα μετατρέποντας μια δύναμη σε σήμα μικρής τάσης χρησιμοποιώντας το δίσκο πιεζοηλεκτρικού μετατροπέα. Στη συνέχεια, ας προσπαθήσουμε να αποθηκεύσουμε την ενέργεια που παράγεται μέσω της δύναμης ή της πίεσης.

Συγκόλληση των τερματικών:

Η συγκόλληση του καλωδίου στον πιεζοηλεκτρικό μορφοτροπέα είναι το κύριο μέρος της χρήσης τους. Προσέξτε να μην υπερθερμάνετε την επιφάνεια, καθώς λιώνει ακόμη και σε χαμηλή θερμοκρασία για λίγα δευτερόλεπτα. Ως εκ τούτου, προσπαθήστε να λιώσετε το μόλυβδο στο κολλητήρι και να ρίξετε το λιωμένο συγκολλητικό πάνω από την επιφάνεια. Για αυτήν τη λειτουργία, τα τερματικά θετικά και αρνητικά θα είναι αρκετά και φαίνονται στην παραπάνω εικόνα.

Λειτουργία:

Ο Piezoelectric Transducer παράγει μια ασυνεχή ή εναλλασσόμενη έξοδο με την εφαρμογή επαναλαμβανόμενης δύναμης κτύπημα πάνω του. Ως εκ τούτου, πρέπει να διορθωθεί για να το κάνει αποθηκευμένο ή χρησιμοποιήσιμο DC. Ως εκ τούτου, για υψηλότερη ανορθωτική απόδοση 80% ή παραπάνω, πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε ανορθωτή πλήρους κύματος. Είτε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε έναν συνδυασμό τεσσάρων διόδων στη διαμόρφωση γέφυρας είτε ένα πακέτο με ενσωματωμένη δίοδο γέφυρας όπως το RB156 Ακολουθεί η αναφορά για την κατασκευή Full Wave Rectifier με φίλτρο.

Εξ ου και η ίδια ιδέα εφαρμόζεται εδώ όπου η εναλλασσόμενη έξοδος από τον πιεζοηλεκτρικό μετατροπέα μετατρέπεται σε DC και αποθηκεύεται μέσα στον πυκνωτή εξόδου. Η αποθηκευμένη ενέργεια στη συνέχεια διαχέεται μέσω LED με ελεγχόμενη έξοδο. Ως εκ τούτου, η διάχυση της αποθηκευμένης ενέργειας θα είναι ορατή.

Διάγραμμα κυκλώματος πιεζοηλεκτρικού μετατροπέα:

Το παρακάτω είναι το σχηματικό διάγραμμα του κυκλώματος Piezoelectric Transducer όπου η αποθηκευμένη ενέργεια στον πυκνωτή θα διασκορπιστεί μόνο όταν ο διακόπτης αφής είναι κλειστός.

Ο πυκνωτής που χρησιμοποιείται στην έξοδο μπορεί να αυξηθεί περαιτέρω για να αυξήσει την χωρητικότητα αποθήκευσης, αλλά ωστόσο ο αριθμός των πιεζοηλεκτρικών μετατροπέων πρέπει επίσης να αυξηθεί. Ως εκ τούτου, εδώ είναι 47uF.

Εργαζόμενος:

Όπως εξηγείται στην προσομοίωση παραπάνω, οι συνδέσεις γίνονται στο Breadboard. Όμως, ο λόγος για τη χρήση δύο πιεζοηλεκτρικών μετατροπέων είναι η αύξηση της ποσότητας ενέργειας που παράγεται σε σύντομο χρονικό διάστημα. Αρχικά, δίνουμε συνεχή χτύπημα στους μορφοτροπείς.

Μόλις επιτευχθεί το απαιτούμενο επίπεδο τάσης, πατάμε το διακόπτη αφής και το LED ανάβει για μια στιγμή.

Ο λόγος για το LED αναβοσβήνει όπως παρακάτω είναι ότι ο πυκνωτής 47uF που χρησιμοποιείται μπορεί να αποθηκεύσει τόσο πολύ ενέργεια για να αναβοσβήνει το LED για λίγα δευτερόλεπτα. Η ποσότητα ενέργειας που παράγεται και αποθηκεύεται μπορεί να αυξηθεί αυξάνοντας τον αριθμό των μετατροπέων και την τιμή του πυκνωτή. Το παρακάτω βίντεο δείχνει την παραπάνω διαδικασία σε βήματα.