Как увеличить мощность пьезоэлемента
Перейти к содержимому

Как увеличить мощность пьезоэлемента

Простая схема увеличения акустического выхода пьезоэлектрического преобразователя

Вебинар «Решения MORNSUN для промышленных применений: от микросхем до ИП на DIN-рейку» (02.11.2022)

Для увеличения акустической мощности пьезодинамика или ультразвукового преобразователя было предложено много разных идей. Большинство из них основано на довольно сложных схемах, увеличивающих общую стоимость решения; например, повышение низкого напряжения питания логики до более высокого напряжения или использование H-моста.

Напротив, в этой статье показано, как можно увеличить акустическую мощность пьезоэлектрического преобразователя, минимизировав количество деталей и стоимость. Прежде чем мы приступим к обсуждению нового подхода, давайте рассмотрим некоторые из наиболее часто используемых пьезоакустических схем и их недостатки.

Простейшая схема драйвера пьезоэлемента состоит из преобразователя и ключевого транзистора (Рисунок 1). Напряжение на преобразователе не может быть больше напряжения источника питания, которое и определяет верхний предел акустической мощности. Резистор R2 служит для разряда емкости преобразователя. Постоянная времени RC должна быть короткой относительно периода резонансной частоты преобразователя. Низкие сопротивления резисторов снижают электрический КПД при гашении механического (акустического) резонанса преобразователя, что, конечно, снижает акустическую эффективность.

Рисунок 1. Хотя такая схема управления пьезоизлучателем проста,
она очень неэффективна.

Самым распространенным способом усовершенствования является замена R2 дросселем, как показано на Рисунке 2.

Рисунок 2. Замена резистора R2 дросселем увеличивает
акустическую мощность и КПД.

Величину индуктивности часто выбирают такой, чтобы получить электрический резонанс с емкостью преобразователя (излучателя) при акустическом резонансе преобразователя. Этот подход может обеспечить более высокую акустическую мощность, чем параллельный резистор, однако он оставляет еще множество возможностей для улучшения. В лучшем случае пиковое напряжение на преобразователе может достигать 40 В, тогда как более типичное значение при напряжении питания 5 В составляет 20 В.

Это связано с тем, что переход коллектор-база транзистора смещен в прямом направлении во время отрицательной полуволны напряжения на параллельном резонансном контуре, образованном индуктивностью и емкостью преобразователя, что ограничивает размах напряжения, уменьшая акустический выход.

Рисунок 3. Использование диода может устранить
​отрицательные выбросы.

Добавление диода изолирует переход коллектор эмиттер (или, если используется MOSFET, переход паразитного диода) от этой отрицательной полуволны, обеспечивая намного больший размах напряжения на преобразователе и увеличивая акустическую мощность (Рисунок 3). Хотя прямое напряжение диода снижает приложенное напряжение питания, повышенное напряжение при резонансе более чем компенсирует эту небольшую потерю.

Чтобы добиться каких-либо дальнейших улучшений, мы должны учесть, что на самом деле в этой небольшой системе существуют два резонанса:

  1. Акустический резонанс преобразователя, механический и объемный резонансы.
  2. Электрический резонанс индуктивности и емкости преобразователя.

Частота электрического резонанса не обязательно должна совпадать с частотой акустического резонанса. На самом деле, если она примерно в 2 раза больше, чем частота акустического резонанса, пиковое напряжение на преобразователе может быть значительно увеличено.

Использование диода может устранить отрицательные выбросы.
Рисунок 4. Иллюстрация поведения схемы в реальных условиях.

Это иллюстрируется Рисунком 4, где осциллограммы получены при следующих параметрах схемы:

  1. Напряжение источника питания: 5 В DC;
  2. Индуктивность: L1 – 3.2 мГн;
  3. Емкость пьезопреобразователя: 2 нФ;
  4. Частота источника сигнала (40 кГц) равна резонансной частоте излучателя;
  5. Коэффициент заполнения импульсов источника сигнала подобран так, чтобы исключить большие выбросы тока при включении.

Обратите внимание, что пункт 5 обозначает потенциальную проблему, скрывающуюся в этом новом решении, которую необходимо устранить. Если источник сигнала может включать транзистор после того, как напряжение преобразователя становится положительным, будет происходить мощный короткий выброс тока, который способен снизить электрический КПД и потенциально со временем разрушить транзистор. Увеличение коэффициента заполнения, чтобы транзистор включался, когда резонансное напряжение слегка отрицательное, позволяет устранить этот выброс.

После того, как мы все обсудили, давайте посмотрим, как наша схема ведет себя в реальной жизни, используя для этого удобный четырехканальный интеллектуальный осциллограф:

  • Желтый – управляющее напряжение с пиковым значением 5 В, частотой 40 кГц и коэффициентом заполнения примерно 48%;
  • Фиолетовый – напряжение на преобразователе при электрическом резонансе: 92 В пик-пик, 80 кГц;
  • Зеленый – эмиттерный ток транзистора с пиковым уровнем примерно 80 мА и частотой 40 кГц;
  • Синий – акустическая мощность преобразователя, измеренная МЭМС микрофоном.

Высокое пиковое напряжение на преобразователе достигается за счет использования дросселя с индуктивностью меньшей, чем требуется для резонанса на частоте 40 кГц, что позволяет току возрастать примерно в два раза быстрее. В рассматриваемом примере это обеспечивает удвоенный ток для «зарядки» магнитного поля дросселя.

В данной системе это приводит к большему смещению поверхности преобразователя, и, соответственно, увеличивает акустическую мощность.

Эту статью не следует рассматривать как исчерпывающий трактат по резонансным схемам. Она просто демонстрирует процедуру, позволяющую с помощью очень простой и недорогой схемы увеличить акустическую мощность любого резонансного пьезоэлектрического преобразователя или излучателя.

Кратко эту процедуру можно изложить следующим образом:

  1. Определяем частоту акустического резонанса преобразователя;
  2. Формируем последовательность управляющих импульсов такой же частоты, начиная с коэффициента заполнения 50%;
  3. При необходимости регулируем коэффициент заполнения, чтобы убрать выбросы тока при включении;
  4. Определяем значение емкости преобразователя;
  5. Выбираем такое значение индуктивности, с которым частота электрического резонанса будет примерно вдвое выше частоты акустического резонанса.

Смоделировать представленную здесь акустическую/ электрическую схему в симуляторе может быть непросто, поскольку преобразователь содержит два или более потенциально резонансных элемента. К ним относятся механически резонанс преобразовательного элемента, акустический резонанс корпуса преобразователя (называемый резонансом Гельмгольца) и, конечно же, электрический резонанс емкости преобразователя с внешней индуктивностью.

Акустическая нагрузка излучением из порта преобразователя или его диафрагмы добавляет еще одну сложность к моделированию. Простое электрическое моделирование этой схемы дает на преобразователе 240 В пик-пик, что больше удвоенного напряжения, полученного в реальной схеме. Причиной большей части потерь, снижающих пиковое напряжение преобразователя в этой системе по сравнению с моделируемыми результатами, может быть акустическая нагрузка.

С помощью этой простой процедуры можно с минимальными затратами времени и сил легко добиться максимальной акустической мощности преобразователя.

Пьезоэлектрический генератор электрической мощности

Ажиотаж в мире в отношении создания пьезоэлектрических источников энергии до недавнего времени не отличался высоким уровнем изобретательских предложений. Например, учёные Израиля предлагают монтировать пьезоэлементы в дорожном полотне и использовать энергию проезжающих машин. В Японии пол одного из залов метро покрыт пьезоэлементами. Эти и подобные им проекты генераторов напряжения не выдерживают никакой критики с экономической точки зрения. Причина в следующем.

За один щелчок электрозажигалки, который длится примерно 0,1 наносекунды, выделяется мощность более 2 мегаватт. То есть мощность за секунду равна 0,2 ватта. Если бы можно было сделать 1000 щелчков в секунду, то получили бы мощность 200 ватт. Мощность большая, но как сделать 1000 щелчков в секунду. Это невозможно, но вот прижать пьезоэлемент к гладкому вращающемуся колесу 20 и более тысяч раз можно, возбуждая в нём ультразвуковые колебания.

Это хотя бы доказывает ниже приведенный рисунок (рис.1). Тридцать ватт отбираемой от пьезоэлемента мощности (ватт на грамм пьезоэлемента) в непрерывном режиме при напряжении 300В было достаточно, чтобы питать люминесцентную лампу. Для этого энергия вращающегося колеса преобразовывается в изгибные ультразвуковые колебания камертона выполненного на одном из концов пакета Ланжевена, и затем, за счёт пьезоэффекта, в электрические колебания высокой частоты.

рис. 1

То есть, с помощью пьезоэлементов можно создавать не только электрические генераторы напряжения, но и генераторы мощности.

Идея использовать пьезоэлектрический мотор в качестве генератора мощности (рис.2) долго обходилась без должного внимания. Причина в том, что, согласно этой идее, один тип колебаний принудительно должен возбуждаться в одной из частей пьезоэлемента. Эту часть назовём возбудителем. Для этого, помимо механического воздействия, используется отдельный источник питания. Второй тип колебаний должен генерироваться в другой части пьезоэлемента, за счёт принудительного вращения ротора. Эту часть пьезоэлемента назовём генератором.

рис. 2

Испытания опытных образцов подтвердили возможность получения энергии в генераторе. Но мощность генератора должна быть в несколько раз больше мощности отбираемой от источника питания возбудителя. Иначе в таком генераторе нет смысла. Вот как раз это долго и не получалось.

Лишь только относительно недавно Вячеслав Лавриненко, изобретатель пьезоэлектрического мотора, пенсионер, работая у себя дома после тщательной подборки материалов пьезоэлемента и контактных пар смог получить полезную мощность на нагрузке в несколько раз больше, мощности, отбираемой от дополнительного источника питания. Появилась возможность часть мощности генератора направить в возбудитель и убрать дополнительный источник. Эту задачу он решал двумя способами.

По первому способу измерял амплитуду и фазу на входе возбудителя и с помощь реактивных элементов подгоняли под такую же амплитуду и фазу напряжение на выходе генератора. То есть, как и в обычных электрических генераторах выполнялись условия баланса амплитуды и фазы. Когда эти условия были выполнены, выход замыкался с входом.

По второму способу напряжение с генератора преобразовывалось в постоянное напряжение, которым питался усилитель мощности и маломощный генератор переменного напряжения. По мере того, как удалось устойчиво получать полезную мощность в пределах 0,2 Ватта на грамм пьезоэлемента, Лавриненко обнаруживает интересный эффект, соизмеримый в физике с открытием, который он сформулировал так:

То есть, при фрикционном взаимодействии упомянутых тел существует положительная обратная связь. Появление случайных колебаний образуют эллипс, размеры которого увеличиваются при вращении колеса. Подобным образом в электрическом усилителе напряжения, охваченной положительной обратной связью спонтанно возбуждаются электрические колебания, и энергия источника постоянного напряжения преобразуется в переменное напряжение. Зависимость этого напряжения от скорости вращения имеет вид, показанный на рис.3.

рис. 3

Обнаруженный эффект значительно упрощает идею создания пьезоэлектрических генераторов мощности, причем мощность в 5 ватт на грамм пьезоэлемента становится вполне реальной. Будут ли они иметь преимущества перед электромагнитными генераторами можно будет сказать только со временем, по мере их изучения, хотя о некоторых из них можно говорить уже сейчас.

Отсутствие меди и обмоток – это надёжность в условиях повышенной влажности. Отсутствие тяжёлых металлов (меди и сплавов железа) – это высокие удельные параметры. Получаемый на выходе высокочастотный сигнал, легко трансформируется под любую нагрузку. А главное преимущество, что для любых частот вращения колеса не требуется редуктор. Достаточно лишь правильно рассчитать диаметр колеса.

При невозможности применения солнечных батарей, пьезоэлектрические генераторы мощности, используя энергию, мускул или ветра, могут их заменить, например, для зарядки аккумуляторов ноутбуков, планшетов и пр. Хотя актуальность направления очевидна, для его развития требуется достаточная финансовая поддержка, которой, как и у многих проектов наших стран, пока нет.

Как увеличить мощность пьезоэлемента

  • />5 октября
  • Тема:По поводу размера шрифта на форуме
  • От:selax
  • />5 октября
  • Тема:По поводу размера шрифта на форуме
  • От:selax

—>

Другие известные форумы и сайты по электронике

все что посвящено электронике и общению специалистов. реклама других ресурсов.

  • Магазины
  • Форумы и конференции
  • Производители
  • Информационные ресурсы
  • Поисковики
  • FTP-серверы
  • />Четверг в 07:49
  • Тема:Производитель встраиваемых систем Forlinx
  • От:geliang
  • />Четверг в 07:49
  • Тема:Производитель встраиваемых систем Forlinx
  • От:geliang

—>

В помощь начинающему

вопросы начального уровня

Модераторы раздела VAI aosp SergM fill vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

  • ARM, 32bit
  • MCS51, AVR, PIC, STM8, 8bit
  • Программирование
  • Схемотехника
  • Интерфейсы
  • />15 часов назад
  • Тема:Относительно какой точки измеряется напряжение н…
  • От:artemkad
  • />15 часов назад
  • Тема:Относительно какой точки измеряется напряжение н…
  • От:artemkad

—>

International Forum

This is a special forum for English spoken people, read it first.

  • />23 июня
  • От:OwlSurf
  • />23 июня
  • От:OwlSurf

—>

Образование в области электроники

все что касается образования, процесса обучения, студентам, преподавателям.

Модераторы раздела des00

  • />26 сентября
  • Тема:Создание профессиональной ассоциации по микроэле…
  • От:byRAM
  • />26 сентября
  • Тема:Создание профессиональной ассоциации по микроэле…
  • От:byRAM

—>

Обучающие видео-материалы и обмен опытом

Обсуждение вопросов создания видео-материалов

Модераторы раздела iosifk

  • />29 августа
  • Тема:Интеграция CADLib Модель и Архив с Artlantis
  • От:Paola Shar
  • />29 августа
  • Тема:Интеграция CADLib Модель и Архив с Artlantis
  • От:Paola Shar

Cистемный уровень проектирования

    Последнее сообщение

—>

Вопросы системного уровня проектирования

Применение MATLAB, Simulink, CoCentric, SPW, SystemC ESL, SoC

Модераторы раздела Rst7

  • />25 сентября
  • Тема:Labview VISA UART — периодически раз в несколько…
  • От:vov4ick
  • />25 сентября
  • Тема:Labview VISA UART — периодически раз в несколько…
  • От:vov4ick

—>

Математика и Физика

Модераторы раздела Rst7

  • />Среда в 18:51
  • Тема:Вопрос про ТАУ и про ПИД- регулятор
  • От:Sverchok
  • />Среда в 18:51
  • Тема:Вопрос про ТАУ и про ПИД- регулятор
  • От:Sverchok

—>

Операционные системы

Linux, Win, DOS, QNX, uCOS, eCOS, RTEMS и другие

Модераторы раздела Rst7

  • Программирование
  • Linux
  • uC/OS-II
  • scmRTOS
  • FreeRTOS
  • Android
  • />Вчера в 07:02
  • Тема:Видеокамера + tvp5150
  • От:ericN
  • />Вчера в 07:02
  • Тема:Видеокамера + tvp5150
  • От:ericN

—>

Документация

оформление документации и все что с ней связано

Модераторы раздела Rst7

  • />Понедельник в 08:42
  • Тема:UniCAN
  • От:another_one
  • />Понедельник в 08:42
  • Тема:UniCAN
  • От:another_one

—>

Системы CAD/CAM/CAE/PLM

обсуждение САПР AutoCAD, Компас, SolidWorks и др.

  • />4 августа
  • Тема:Итоги Практической конференции 4.0 «Опыт цифрово…
  • От:Maxim_S
  • />4 августа
  • Тема:Итоги Практической конференции 4.0 «Опыт цифрово…
  • От:Maxim_S

—>

Разработка цифровых, аналоговых, аналого-цифровых ИС

Модераторы раздела Rst7

  • />8 сентября
  • Тема:Прошу помочь найти кандидата или доктора наук, в…
  • От:K0nstantin
  • />8 сентября
  • Тема:Прошу помочь найти кандидата или доктора наук, в…
  • От:K0nstantin

—>

Электробезопасность и ЭМС

Обсуждение вопросов электробезопасности и целостности сигналов

Модераторы раздела Rst7

  • ЭМС
  • Электробезопасность
  • />15 часов назад
  • Тема:Разъем авиационный
  • От:selax
  • />15 часов назад
  • Тема:Разъем авиационный
  • От:selax

—>

Управление проектами

Управление жизненным циклом проектов, системы контроля версий и т.п.

Модераторы раздела Rst7

  • />17 марта
  • Тема:Не проходит авторизацию при push после смены пра…
  • От:KARLSON
  • />17 марта
  • Тема:Не проходит авторизацию при push после смены пра…
  • От:KARLSON

—>

Нейронные сети и машинное обучение (NN/ML)

Форум для обсуждения вопросов машинного обучения и нейронных сетей

Модераторы раздела Rst7

  • />6 сентября
  • Тема:Написание комментария с помощью нейронной сети, …
  • От:tgruzd
  • />6 сентября
  • Тема:Написание комментария с помощью нейронной сети, …
  • От:tgruzd

Программируемая логика ПЛИС (FPGA,CPLD, PLD)

    Последнее сообщение

—>

Среды разработки — обсуждаем САПРы

Quartus, MAX, Foundation, ISE, DXP, ActiveHDL и прочие.
возможности, удобства.

Модераторы раздела vetal />des00 />

  • />21 час назад
  • Тема:Xilinx Vitis
  • От:WitFed
  • />21 час назад
  • Тема:Xilinx Vitis
  • От:WitFed

—>

Работаем с ПЛИС, области применения, выбор

на чем сделать? почему не работает? кто подскажет?

Модераторы раздела vetal />des00 />

  • />29 минут назад
  • Тема:Китайские ПЛИС
  • От:makc
  • />29 минут назад
  • Тема:Китайские ПЛИС
  • От:makc

—>

Языки проектирования на ПЛИС (FPGA)

Verilog, VHDL, AHDL, SystemC, SystemVerilog и др.

Модераторы раздела aosp vetal des00

  • />17 часов назад
  • Тема:повышение частоты clock на verilog
  • От:iosifk
  • />17 часов назад
  • Тема:повышение частоты clock на verilog
  • От:iosifk

—>

Системы на ПЛИС — System on a Programmable Chip (SoPC)

разработка встраиваемых процессоров и периферии для ПЛИС

Модераторы раздела vetal des00 Omen_13

  • />Четверг в 07:12
  • Тема:Помогите разобраться с genlock — Clocked video o…
  • От:mils
  • />Четверг в 07:12
  • Тема:Помогите разобраться с genlock — Clocked video o…
  • От:mils

Цифровая обработка сигналов — ЦОС (DSP)

    Последнее сообщение

—>

Сигнальные процессоры и их программирование — DSP

Обсуждение различных сигнальных (DSP) процессоров, возможностей, совместимости и связанных с этим тем.

Модераторы раздела des00

  • />Четверг в 15:08
  • Тема:Собираю информацию по доступным DSP процессорам
  • От:byRAM
  • />Четверг в 15:08
  • Тема:Собираю информацию по доступным DSP процессорам
  • От:byRAM

—>

Алгоритмы ЦОС (DSP)

Обсуждение вопросов разработки и применения (программирования) алгоритмов цифровой обработки сигналов.

Модераторы раздела des00

  • />Вторник в 20:34
  • Тема:Корректирующий равновесный код 4B12B с синхрониз…
  • От:thermit
  • />Вторник в 20:34
  • Тема:Корректирующий равновесный код 4B12B с синхрониз…
  • От:thermit

Микроконтроллеры (MCs)

    Последнее сообщение

—>

Cредства разработки для МК

FAQ, How-to, тонкости работы со средствами разработки

  • IAR
  • Keil
  • GNU/OpenSource средства разработки
  • />Среда в 18:18
  • Тема:C-SPY — сохранение данных в файл
  • От:k155la3
  • />Среда в 18:18
  • Тема:C-SPY — сохранение данных в файл
  • От:k155la3

—>

  • STM
  • NXP
  • Microchip (Atmel)
  • TI, Allwinner, Nordic Semiconductor, Espressif Systems и другие
  • />24 минуты назад
  • Тема:Allwinner A13 SoC уделал DSP C6745. Смеяться или…
  • От:repstosw
  • />24 минуты назад
  • Тема:Allwinner A13 SoC уделал DSP C6745. Смеяться или…
  • От:repstosw

—>

  • />1 час назад
  • Тема:Простейший PDI (Program and Debug Interface) про…
  • От:san822
  • />1 час назад
  • Тема:Простейший PDI (Program and Debug Interface) про…
  • От:san822

—>

MSP430

Модераторы раздела VAI

  • />21 апреля
  • Тема:MSP430F5172 XT1
  • От:k155la3
  • />21 апреля
  • Тема:MSP430F5172 XT1
  • От:k155la3

—>

Все остальные микроконтроллеры

и все что с ними связано

  • PIC
  • MCS51
  • PowerQUICC
  • HC(S)08
  • AVR32
  • STM8
  • MIPS
  • />7 октября
  • Тема:pic32MZ crt0
  • От:another_one
  • />7 октября
  • Тема:pic32MZ crt0
  • От:another_one

—>

Отладочные платы

Вопросы, связанные с отладочными платами на базе МК: заказ, сборка, запуск

  • Arduino
  • Raspberry Pi
  • Rainbow
  • Siberia
  • EVMxxxx
  • />Среда в 05:27
  • Тема:Подключение по SSH
  • От:jenya7
  • />Среда в 05:27
  • Тема:Подключение по SSH
  • От:jenya7

Печатные платы (PCB)

    Последнее сообщение

—>

Разрабатываем ПП в САПР — PCB development

FAQ, вопросы проектирования в ORCAD, PCAD, Protel, Allegro, Spectra, DXP, SDD, WG и др.

Модераторы раздела SergM />fill />

  • Библиотеки компонентов
  • Altium Designer, DXP, Protel
  • P-CAD 200x howto
  • Эремекс, Delta Design
  • Cadence
  • Примеры
  • Zuken CADSTAR
  • Siemens EDA — Xpedition, PADS (ex. Mentor)
  • Бесплатные САПР: KiCAD, EasyEDA, EAGLE и др.
  • />15 часов назад
  • Тема:Варианты конструкций ПП 3мм с м/с 0,2/0,2 и терм…
  • От:Arlleex
  • />15 часов назад
  • Тема:Варианты конструкций ПП 3мм с м/с 0,2/0,2 и терм…
  • От:Arlleex

—>

Работаем с трассировкой

тонкости PCB дизайна, от Spectra и далее.

Модераторы раздела fill

  • />3 октября
  • Тема:Вопрос по трассировке на плате высокочастотных у…
  • От:artemkad
  • />3 октября
  • Тема:Вопрос по трассировке на плате высокочастотных у…
  • От:artemkad

—>

Изготовление ПП — PCB manufacturing

Фирмы, занимающиеся изготовлением, качество, цены, сроки

Модераторы раздела fill

  • ПСБ Технолоджи
  • ТеПро
  • PS-Electro
  • Резонит
  • PCB Professional
  • Абрис
  • ОАО "НИЦЭВТ"
  • ООО "М-Плата"
  • в домашних условиях
  • />4 октября
  • Тема:"левая" проводимость на печатной плате 30-60 Ом
  • От:Vasil_Riabko
  • />4 октября
  • Тема:"левая" проводимость на печатной плате 30-60 Ом
  • От:Vasil_Riabko

Сборка РЭУ

    Последнее сообщение

—>

Пайка и монтаж

вопросы сборки ПП, готовых изделий, а также устранения производственных дефектов

  • />Среда в 07:21
  • Тема:Посоветуйте точный(!) ручной трафаретный принтер
  • От:mrKirill
  • />Среда в 07:21
  • Тема:Посоветуйте точный(!) ручной трафаретный принтер
  • От:mrKirill

—>

Корпуса

обсуждаем какие есть копруса, где делать и прочее

  • />5 октября
  • Тема:Покрытие фрезерованного стеклотекстолита
  • От:wim
  • />5 октября
  • Тема:Покрытие фрезерованного стеклотекстолита
  • От:wim

—>

Вопросы надежности и испытаний

расчеты, методики, подбор компонентов

  • />22 августа
  • Тема:Полнота и достоверность информации при расчёте э…
  • От:В. Алёна
  • />22 августа
  • Тема:Полнота и достоверность информации при расчёте э…
  • От:В. Алёна

Аналоговая и цифровая техника, прикладная электроника

    Последнее сообщение

—>

Вопросы аналоговой техники

разработка аналоговых схем, моделирование схем в SPICE, расчёты и анализ, выбор элементной базы

Модераторы раздела Alexandr ViKo Tanya Егоров

  • />10 часов назад
  • Тема:CCD АЦП AD9945 — что ему надо?
  • От:alexPec
  • />10 часов назад
  • Тема:CCD АЦП AD9945 — что ему надо?
  • От:alexPec

—>

Цифровые схемы, высокоскоростные ЦС

High Speed Digital Design

  • />Воскресенье в 09:37
  • Тема:ADIsimCLK
  • От:byRAM
  • />Воскресенье в 09:37
  • Тема:ADIsimCLK
  • От:byRAM

—>

RF & Microwave Design

wireless технологии и не только

Модераторы раздела l1l1l1

  • />23 часа назад
  • Тема:Входная цепь GaN транзистора
  • От:_Sergey_
  • />23 часа назад
  • Тема:Входная цепь GaN транзистора
  • От:_Sergey_

—>

Метрология, датчики, измерительная техника

Все что связано с измерениями: измерительные приборы (осциллографы, анализаторы спектра и пр.), датчики, обработка результатов измерений, калибровка, технологии измерений и др.

Модераторы раздела ViKo />Tanya />

  • />Четверг в 16:41
  • Тема:Изготовление штрихового диска для энкодера
  • От:Vladimir_T
  • />Четверг в 16:41
  • Тема:Изготовление штрихового диска для энкодера
  • От:Vladimir_T

—>

АВТО электроника

особенности электроники любых транспортных средств: автомашин и мотоциклов, поездов, судов и самолетов, космических кораблей и летающих тарелок.

Модераторы раздела Vasily_

  • />6 июля
  • Тема:Mazda Premacy Crew проблема с EBU АКПП
  • От:Михаил99999
  • />6 июля
  • Тема:Mazda Premacy Crew проблема с EBU АКПП
  • От:Михаил99999

—>

Умный дом
  • />4 октября
  • Тема:Умный дом: эффективность или роскошь.
  • От:mantech
  • />4 октября
  • Тема:Умный дом: эффективность или роскошь.
  • От:mantech

—>

3D печать

3D принтеры, наборы, аксессуары, ПО

  • />29 июля
  • Тема:Кто- нибудь пробовал Klipper ?
  • От:muravei
  • />29 июля
  • Тема:Кто- нибудь пробовал Klipper ?
  • От:muravei

—>

Робототехника

Модели, классификация, решения, научные исследования, варианты применения

  • />31 марта
  • Тема:Подключение дисплея 3.2inch 320×240 Touch LCD (А…
  • От:Aaronli
  • />31 марта
  • Тема:Подключение дисплея 3.2inch 320×240 Touch LCD (А…
  • От:Aaronli

—>

Ремонт и отладка

обсуждение вопросов ремонта и отладки различных устройств и готовых изделий

Модераторы раздела Herz

  • />1 октября
  • Тема:Sim bank — ремонт
  • От:Лика
  • />1 октября
  • Тема:Sim bank — ремонт
  • От:Лика

Силовая электроника — Power Electronics

    Последнее сообщение

—>

Силовая Преобразовательная Техника

Источники питания электронной аппаратуры, импульсные и линейные регуляторы. Топологии AC-DC, DC-DC преобразователей (Forward, Flyback, Buck, Boost, Push-Pull, SEPIC, Cuk, Full-Bridge, Half-Bridge). Драйвера ключевых элементов, динамика, алгоритмы управления, защита. Синхронное выпрямление, коррекция коэффициента мощности (PFC)

Модераторы раздела Herz />Егоров />

  • />8 октября
  • Тема:нужен силовой умный ключ на замену (TPS1H100)
  • От:_gari
  • />8 октября
  • Тема:нужен силовой умный ключ на замену (TPS1H100)
  • От:_gari

—>

Обратная Связь, Стабилизация, Регулирование, Компенсация

Организация обратных связей в цепях регулирования, выбор топологии, обеспечение стабильности, схемотехника, расчёт

Модераторы раздела Herz />Егоров />

  • />17 сентября
  • Тема:Ограничение скорости нарастания сигнала ШИМ на д…
  • От:Alex-lab
  • />17 сентября
  • Тема:Ограничение скорости нарастания сигнала ШИМ на д…
  • От:Alex-lab

—>

Первичные и Вторичные Химические Источники Питания

Li-ion, Li-pol, литиевые, Ni-MH, Ni-Cd, свинцово-кислотные аккумуляторы. Солевые, щелочные (алкалиновые), литиевые первичные элементы. Применение, зарядные устройства, методы и алгоритмы заряда, условия эксплуатации. Системы бесперебойного и резервного питания

Модераторы раздела Herz />Егоров />

  • />31 августа
  • Тема:подскажите простой способ сделать зарядку двух L…
  • От:dlsh
  • />31 августа
  • Тема:подскажите простой способ сделать зарядку двух L…
  • От:dlsh

—>

Высоковольтные Устройства — High-Voltage

Высоковольтные выпрямители, умножители напряжения, делители напряжения, высоковольтная развязка, изоляция, электрическая прочность. Высоковольтная наносекундная импульсная техника

Модераторы раздела Herz

  • />19 сентября
  • Тема:Защита и регулировка входа осциллографа от высок…
  • От:byRAM
  • />19 сентября
  • Тема:Защита и регулировка входа осциллографа от высок…
  • От:byRAM

—>

Электрические машины, Электропривод и Управление

Электропривод постоянного тока, асинхронный электропривод, шаговый электропривод, сервопривод. Синхронные, асинхронные, вентильные электродвигатели, генераторы

Модераторы раздела Herz

  • />13 сентября
  • Тема:запуск бесколлекторного трехфазного двигателя
  • От:Андрей Назаренко
  • />13 сентября
  • Тема:запуск бесколлекторного трехфазного двигателя
  • От:Андрей Назаренко

—>

Индукционный Нагрев — Induction Heating

Технологии, теория и практика индукционного нагрева

Модераторы раздела Herz

  • />8 сентября
  • Тема:Отопление с помощью индукционного нагрева
  • От:Baza
  • />8 сентября
  • Тема:Отопление с помощью индукционного нагрева
  • От:Baza

—>

Системы Охлаждения, Тепловой Расчет – Cooling Systems

Охлаждение компонентов, систем, корпусов, расчёт параметров охладителей

Модераторы раздела Herz

  • />1 июня
  • Тема:Сравнение экспериментальных данных с расчетом
  • От:ZodiaC
  • />1 июня
  • Тема:Сравнение экспериментальных данных с расчетом
  • От:ZodiaC

—>

Моделирование и Анализ Силовых Устройств – Power Supply Simulation

Моделирование силовых устройств в популярных САПР, самостоятельных симуляторах и специализированных программах. Анализ устойчивости источников питания, непрерывные модели устройств, модели компонентов

Модераторы раздела Herz />Егоров />

  • />19 часов назад
  • Тема:Micro-Cap стал бесплатным
  • От:Politeh
  • />19 часов назад
  • Тема:Micro-Cap стал бесплатным
  • От:Politeh

—>

Компоненты Силовой Электроники — Parts for Power Supply Design

Силовые полупроводниковые приборы (MOSFET, BJT, IGBT, SCR, GTO, диоды). Силовые трансформаторы, дроссели, фильтры (проектирование, экранирование, изготовление), конденсаторы, разъемы, электромеханические изделия, датчики, микросхемы для ИП. Электротехнические и изоляционные материалы.

Модераторы раздела Herz />Егоров />

  • />25 сентября
  • Тема:Соединители для очень больших токов
  • От:byRAM
  • />25 сентября
  • Тема:Соединители для очень больших токов
  • От:byRAM

Интерфейсы

    Последнее сообщение

—>

Форумы по интерфейсам

все интерфейсы здесь

  • ISDN/G.703/E1
  • ISA/PCI/PCI-X/PCI Express
  • Wireless/Optic
  • RS232/LPT/USB/PCMCIA/FireWire
  • Fast Ethernet/Gigabit Ethernet/FibreChannel
  • Интерфейсы для "интеллектуального дома"
  • от ТТЛ до LVDS здесь
  • IDE/ATA/SATA/SAS/SCSI/CF
  • Аудио/Видео интерфейсы
  • Сотовая связь и ее приложения
  • FAQ по XPort/WiPort
  • Controller Area Network (CAN)
  • />18 часов назад
  • Тема:Объединение сетей RS485 с одинаковыми адресными …
  • От:smart_pic
  • />18 часов назад
  • Тема:Объединение сетей RS485 с одинаковыми адресными …
  • От:smart_pic

Поставщики компонентов для электроники

    Последнее сообщение

—>

Поставщики всего остального

от транзисторов до проводов

  • />Вторник в 12:39
  • Тема:Чип и Дип меняет цены, переобуваясь в полёте.
  • От:baumanets
  • />Вторник в 12:39
  • Тема:Чип и Дип меняет цены, переобуваясь в полёте.
  • От:baumanets

—>

Компоненты

Закачка тех. документации, обмен опытом, прочие вопросы.

  • Тех. документация
  • Микросхемы
  • Транзисторы
  • Диоды
  • Резисторы
  • Средства индикации
  • />2 часа назад
  • Тема:Вилки SAM и AVR программаторов Atmel-ICE и Power…
  • От:byRAM
  • />2 часа назад
  • Тема:Вилки SAM и AVR программаторов Atmel-ICE и Power…
  • От:byRAM

Майнеры криптовалют и их разработка, BitCoin, LightCoin, Dash, Zcash, Эфир

    Последнее сообщение

—>

Обсуждение Майнеров, их поставки и производства

наблюдается очень большой спрос на данные устройства.

  • />16 июля, 2021
  • Тема:Материнские платы для майнинга
  • От:Doka
  • />16 июля, 2021
  • Тема:Материнские платы для майнинга
  • От:Doka

Дополнительные разделы — Additional sections

    Последнее сообщение

—>

Встречи и поздравления

Предложения встретиться, поздравления участников форума и обсуждение мест и поводов для встреч.

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

  • />14 декабря, 2021
  • Тема:С Праздником !
  • От:makc
  • />14 декабря, 2021
  • Тема:С Праздником !
  • От:makc

—>

Ищу работу

ищу работу, выполню заказ, нужны клиенты — все это сюда

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

  • />Четверг в 03:39
  • Тема:Радиомонтажник на дому Москва (М) Фонвизинская
  • От:shakov
  • />Четверг в 03:39
  • Тема:Радиомонтажник на дому Москва (М) Фонвизинская
  • От:shakov

—>

Предлагаю работу

нужен постоянный работник, разовое предложение, совместные проекты, кто возьмется за работу, нужно сделать.

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

  • />Четверг в 11:58
  • Тема:Написать прошивку для микроконтроллера
  • От:borodach
  • />Четверг в 11:58
  • Тема:Написать прошивку для микроконтроллера
  • От:borodach

—>

Куплю

микросхему; устройство; то, что предложишь ты 🙂

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

  • />Вчера в 02:31
  • Тема:LT6231CS8#PBF 10шт
  • От:leozhang123
  • />Вчера в 02:31
  • Тема:LT6231CS8#PBF 10шт
  • От:leozhang123

—>

Продам

есть что продать за деньги, пиво, даром ?
Реклама товаров и сайтов также здесь.

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

  • />16 часов назад
  • Тема:На основе NXP, Allwinner, Rockchip, SoM процессо…
  • От:mantech
  • />16 часов назад
  • Тема:На основе NXP, Allwinner, Rockchip, SoM процессо…
  • От:mantech

—>

Объявления пользователей

Тренинги, семинары, анонсы и прочие события

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

  • />23 часа назад
  • Тема:Литиевые батарейки FANSO EVE Energy для автомоби…
  • От:КОМПЭЛ
  • />23 часа назад
  • Тема:Литиевые батарейки FANSO EVE Energy для автомоби…
  • От:КОМПЭЛ

—>

Общение заказчиков и потребителей электронных разработок

Обсуждение проектов, исполнителей и конкурсов

Модераторы раздела VAI aosp SergM vetal KRS Alexandr des00 Uladzimir Rst7 iosifk ViKo Herz l1l1l1 Tanya Сергей Борщ Omen_13 Vasily_ Егоров Walrus

  • />9 октября
  • Тема:Закупщики электронных компонентов
  • От:byRAM
  • />9 октября
  • Тема:Закупщики электронных компонентов
  • От:byRAM

pavell743

Первое и главное. Пьезоэлемент не является источником энергии. Он всего лишь трансформатор механической и тепловой энергии в энергию электростатического поля. Ни больше ни меньше.

Что бы понять механизм работы пьезогенератора, пьезоэлемента(ПЭ) рассмотрим два его основных свойства. Это диэлектрическая проницаемость межэлектродного пространства и пьезо электрический модуль. Нас интересует только пьезо модуль по оси поляризации кристалла, все остальные модули не так важны. Они не вызывают создание поля.

Для прямого пьезоэффекта пьезомодуль имеет размерность «К/Н» (кулон:ньютон), а его величина, в зависимости от марки пьезокерамики, находится в интервале от 200 до 500 пикокулон/ньютон (10 -12 К/Н).

где D — это пьезо модуль (К/Н кулон/ньютон), g -заряд (К кулон), F сила в ньтонах приложенная по оси поляризации зарядов.

Пьезомодуль – это характеристика материала.

Это означает, что если мы изготовим пьезоэлемент из пьезокерамики с пьезомодулем, например, 240*10 -12 К/Н, то, какие бы ни были размеры пьезоэлемента, какой бы он ни был формы, каким бы образом ни прикладывали силу, то ли в точке, то ли она распределена по всей поверхности электрода, мы всегда получим на электродах заряд 240 пикокулон, если приложим силу 1 ньютон.

Напряжение на электродах можно посчитать по формуле.

U = g / C ; где U напряжение поля в вольтах, С емкость элемента в фарадах.

Легко проверить, что в этом примере, положив ёмкость равной 40 пикофарадам (это ёмкость пьезоэлементов пьезозажигалки), получим, что напряжение при силе 1Н будет равно 6В. Если действовать силой 1000Н, получим 6 кВ.

2. Какова мощность разряда пьезоэлемента? Сделать точный расчёт крайне затруднительно, да и не имеет смысла, а оценить порядок величины любопытно. Мощность тока искры это квадрат напряжения, делённый на сопротивление разрядного промежутка. Напряжение, конечно, меняется за время существования разряда от 3000 вольт до, почти, нуля.. Поэтому возьмём среднее значение 1500 вольт Но какое же сопротивление у разрядного промежутка? Мы его грубо оценим в 1 Ом, так как было замечено, что увеличение сопротивления токовода до 1 Ома уменьшает яркость искры. Теперь делаем расчёт.

P = U * U / R =1500*1500/1=2250000 ватт=2,25 мегаватт

3. Какова энергия, потраченная на искровой разряд? Это энергия электрического поля пьезоэлемента. Вычислим её по формуле:

W = CU * U /2 в Джоулях;

Мы знаем, что ёмкость С равна 40 пФ, а напряжение U к началу пробоя 3000 вольт. Рассчитываем энергию W=40*10^(-12)*3000*3000/2=180*10^(-6)=18 0 микро Джоулей.

Посчитаем то же самое для 1500 вольт, среднего значения напряжения пробоя. Оно равно 45 микро Джоулей.

Определим время за которое произойдет разряд:

T =2* R * C =2*1 Ом*40 пФ=80 пикосекунд,

Разделив работу тока на время его протекания, получим следующее значение мощности:

P = W / T =180 микро Джоулей/80 пикосекунд=2250 киловатт.

4. Каков кпд пьезогенератора зажигалки?

Сила линейно меняется от 0 до 500 Ньютон.. Её легко измерить с помощью бытового безмена. В расчёте следует взять среднее значение (250Н). Умножив 250Н на 0,002м получим 0,05 дж. Тогда кпд будет равен 0,03% Возникает вопрос АЧЁ так мало?

5. Посчитаем силу тока.

I = g / T ; g = C * U ; I = C * U / T =40пикофарад*3000вольт/80 пикосекунд=1500Ампер.

Это довольно таки крутой фронт, и по всем законам в момент образования ионизированного канала газа по которому заряды стекают, нейтрализуют локальную напряженность кристалла. Электро сопротивление фидерного канала на порядок ниже сопротивления меди, следовательно большой толшины ионизированного газа не будет. Толщина стримера микроны и объем ионизированного газа минимален.

Индуктивность стримерного промежутка не известна, да не суть важна, она минимальна и практически примем постоянной не дефференцируемой величиной.

Тогда энергия магнитного поля W = L * I * I /2, за промежуток 80 пикосекунд вырастет 2.25 миллиона раз, так как ток у нас идет в квадрате.

Неслабая такая искорка)

Она тратит меньше 1/10000 мощности на ионизацию, а остальное переводится в энергию магнитного поля.

А все ли помнят мопед трындящий под окном без искрозащиты?

Когда ни телек ни радио не работает)))))))

Ни чего не исчезает бесследно. Просто мы не умеем использовать энергию кристала на полную мощность, вот и будем всю сознательную жизнь топить свои печки буржуйки ассигнациями.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *