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压电换能器的等效电路
来源: | 发布日期:2022-11-10

夹心换能器作为一个电-机转换元件,我们可利用等效四端网络来分析其特性。取电端为输入端,辐射端为输出端,如图4-18所示。图中V.和I.分别为加在换能器两端的电压与电流,F.是加在辐射端的力,v.是辐射端的振动速度。Y=(G+jωC0)是夹持电导纳,G 反映了换能器的介电损耗,Z=(Rm+jxm)是等效机械阻抗,Rm反映换能器的机械损耗,它包括换能器材料的损耗以及各接触面间的损耗。A是力因子,定义为:在电端加单位电压时,在辐射端产生的振动力。因此它反映了换能器的负载能力。


换能器基本电声变换关系为

I=YV.+Av.

F.=-AV.+Zv.


换能器作为发射用时,F.=0,辐射端有声负载r0。且换能器一般工作在机械共振频率,即Xm = 0,因此,等效回路可简化为图4-19。从电端看的总导纳


Y. f=Y1+A2/(r0+Rm)


或写成


Y= Gf+jBf


自由电导Gf


Gf=G+A2/(r0+Rm)


总的电功率输入和声功率输出可分别为


Pin=Gf |V|2


Pa= r0|v|2


因此电声效率为

 

由式(4-4)可看出,电声效率是换能器本身的参数G、Rm、A以及声负载r0的函数。对一定的换能器,存在一最佳声负载可使其电声效率达到最大值。这时,称作实现了声匹配。换能器的特性除了与构成换能器的材料有关外,还与换能器的结构有关。比如节面位置的选取不同,其很多性能就有所不同。



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