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【每日电路赏析】压电换能器电路

2019-10-31 14:59:35  3976 电路设计 压电换能器 LED 整流电路
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特殊的晶体比如钛酸钡,石英和钽酸锂等,在特殊条件下施加压力后能产生电能。它们也能将施加的电信号转换为振动。因此它们在许多应用中常被用作换能器。它们也被称为压电材料。因此,一个压电换能器在被施加压力后能产生电压,反之也成立。首先,让我们来看看压电换能器的应用。

压电效应
1.机械应力分析仪
最常见的应用就是用于建筑支柱上的应力分析仪,晶体上的压力与测得的电压成比例,因此可以计算出对应的应力。

2.打火机
气体打火机同样遵循压电效应,瞬间按下的开关会产生电脉冲。

压电效应是指某些材料在受到外部应力时电极化会发生改变。

逆压电效应
1.石英手表
在我们的手表内,都有着如振荡器一般工作的石英谐振器。其组成元素为二氧化硅。施加在晶体间的电信号会使其产生周期振动,也就一并控制着其中齿轮的转动。

2.压电式蜂鸣器
蜂鸣器常用于倒车提示,电脑等应用中。在这些应用中,于晶体上施加一定强度和频率的电压会使它们产生振动。该振动可以绕到一处开孔较小的空间内,从而造成可以听见的声响。

逆压电效应是指某些特定材料处于电场下生成的应力和形变。

压电换能器
1.png
压电换能片

上图是一个便宜的三引脚压电换能器,运用于以下12V的压电蜂鸣器中。其黑色封装就是它用来产生声音的结构。
2.png
压电蜂鸣器
3.png
压电蜂鸣器的内部电路

运用压电换能器将力转换为电能

我们可以用压电换能片来试验一下,看看压电效应是如何将力转换为一个微小电压信号的。我们来尝试存储力或者压力而产生的能量。

焊接引脚:
将导线焊接至压电换能器上是它们的主要用法之一。但要注意不要过热了,因为哪怕温度不高的情况下加热几秒都有可能融化其表面。就该试验而言,我们只需要正负两个引脚即可。

运作原理:
重复施力按在压电换能器上时,它会产生一段非连续或是交替的输出。因为它必须被整流后才能成为可以使用的直流电,才能实现存储。而为了高于80%的整流效率,我们打算使用全波真牛器。我们可以自行使用4个二极管的整流桥配置,也可以直接使用RB156这种内置整流桥的元件

此处的计划是将压电换能器传来的交替输出转换为直流,并存储在输出电容内。存储能量通过可控输出用LED来消耗,因此存储能量的消耗是可以看见的。

压电换能器电路原理图
以下使我们压电换能器电路的原理图,触摸开关闭合后存储在电容里的能量会经由LED来消耗。
4.png
如果想要存储更多能量的话需要提高输出电容的容值,与此同时压电换能器的数量也需要增加。这里使用的是一个47uF的电容。

实际测试
我们使用两片压电换能器从而在短期存储更多的能量。持续轻拍换能器来产生能量。
5.png
一旦达到所需电平后,我们按下触摸开关可以看到LED会亮起一段时间。
6.png

大家在工作中有设计过压电的项目吗?或者对以上电路和设计有何见解都可以在帖子下面回复,可以获得5积分的奖励哦!


往期每日电路赏析
江苏朗禾杨峰 2019-10-31 15:35:09
xuexixuexi~~~~~~~~~~~~~~
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王栋春 2019-10-31 22:04:17
这种元件以前在贺卡当中经常见到

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lm12041204a 2019-11-1 09:15:44
本帖最后由 lm12041204a 于 2019-11-1 09:18 编辑

稍大电流、功率的效果很明显,遗憾的是压电陶瓷发电片成本太高了,已经弄碎几片了,心头滴血啊!!!滴血!!!

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乌托邦2长度 2019-11-1 09:25:36
这种元件以前在贺卡当中经常见到
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glhjlsp 2019-11-1 10:45:34
振荡频率要与压电片的谐振频率一致,声音才能最大。

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