Feb 282014
 

Импулсните захранващи блокове са токозахранващи устройства от съвременен тип, притежаващи много висок коефициент на полезно действие, малко тегло и размери.

switching_power_supply_psin10012

 

Импулсните захранвания изправят и стабилизират напрежението, необходимо за захранването на даден електроуред работещ на постоянен ток, LED лампа, светодиоден маркуч, камери за видеонаблюдение, рекламно-информационни елементи или други апарати. Те изправят и коригират токовия импулс, като изчистват смущенията в него. Друго тяхно название в техниката е ключови стабилизатори, чиито основен принцип на работа е да поддържат стойността на изходното напрежение непроменена.

 

Импулсните блокове служат за преобразуване на тока с мрежова честота от мрежата (50/60Hz) в такъв с висока честота (над 50 kHz), което осигурява много по-висока мощност и КПД. Тази особеност е съчетана с малки и компактни размери, както и с далеч по-малко тегло от стандартните трансформаторни решения, което прави импулсните захранвания много популярни в бита.

original_36233

Водозащитен LED драйвер

Размерите на импулсните захранвания се определят от тяхната мощност, като колкото е по-голяма мощността толкова е по масивно и самото захранване. Произвеждат се с различни първични и вторични напрежения за мощности от няколко вата до 1000 W. Понякога е по-практично импулсното захранване да има повече от едно вторично напрежение (най-често 12 VDC и 24 VDC)

Ефективността на импулсните захранвания в съвременните модели може да достигне до 93%. Това от своя страна води до намаляване на загубите под формата на отделяне на топлина в околната среда. По-мощните и не толкова прецизни импулсни захранвания все пак отделят топлина и затова имат нужда от вентилатор, който им осигурява необходимото охлаждане.Повечето съвременни импулсни захранвания имат защита от пренапрежение, претоварване и късо съединение, което ги прави надежден източник на енергия с дълъг живот.

original_31928

Водозащитено LED захранване

Един от недостатъците на импулсните захранващи устройства е, че излъчват високочестотен сигнал, който може да доведе до електромагнитни смущения в компютърни системи и прецизни уреди (като например пейсмейкър). Поради това, импулсните блокове са с метален корпус, който поглъща по-голямата част от тези излъчвания, а по големите и мощни имат и EMI филтър.

 

Спрямо среда в която работят,  съществуват водозащитени и неводозащитени импулсни захранвания. Водозащитените захранващи блокове могат да се използват за захранване на мощни светодиоди, светодиодни маркучи и светодиодна лента и са с водозащитен корпус и степен на защита до IP65, което ги прави подходящи за външен монтаж. Неводозащитените се използват на закрито и са с перфориран корпус за по-добро охлаждане. Според изпълнението им могат да бъдат за монтаж на DIN шина или обикновен монтаж.

original_26038

Импулсно захранване за DIN шина

Масовото навлизане на импулсните захранвания в ежедневието поставя все по високи изисквания към техните проектанти за намаляване на габарити, тегло и смущения. Сега импулсните захранвания изглеждат все по-красиво и по-ергономично.

 

 

Feb 252014
 
Въведение

Тази статия е от съществено значение за всеки, който се занимава или му се налага да използва охладителен радиатор за даден тип електронен елемент (схеми за аудио транзистори, транзистори като цяло, охлаждане на полупроводникови SSR релета, охлаждане на симистори, охлаждане на мощни диоди, охлаждане на мощни LED светодиоди, охлаждане на тиристори, охлаждане на CPU, охлаждане на лазерен диод, интегрални схеми от всякакъв вид и други електронни елементи). В статията е изложена методиката и принципа, необходими за избор на охладителен радиатор. Надяваме се да бъдем особено полезни, предвид оскъдната информация в интернет на тази тема. В статията няма да бъде засегнато принудително охлаждане с вентилатор или работен флуид.

STM products
Преноса на топлинна енергия се осъществява от тяло с по-висока температура към тяло или околна среда с по-ниска такава (най-често въздух, но може да бъде вода, хладилни агенти или масло). Практически в електрониката, за да съществува топлообмен от охладителният радиатор към околната среда, температурата на радиатора трябва да е по-висока от тази на средата. Законът на френският учен Джоузеф Фурие за топлинната проводимост, в случая за едномерна форма за х-посока показва, че:
когато има температурен градиент в тяло, топлината ще бъде отдадена от тялото с по-висока температура към тялото с по-ниска температура (в нашия случай околната среда). Топлината, която ще бъде отдадена чрез топлопроводимост (кондукция) е пропорционална на температурния градиент и площта на напречното сечение.

Охладителни радиатори

Необходимостта от охладителни радиатори е все по-належаща и поради масово навлизащите в употреба мощни LED диоди. Производителите в много от случаите правят добри на дизайн продукти, но с не толкова добри охладители. По този начин светодиодите работят в далеч по-топла среда от нормалната им работна, като по този начин изгарят прекалено бързо.

FF1 LED lamp

В целия процес на пренос на топлинна енергия, топлината преминава през различни елементи с различен топлинен капацитет и различна топлопроводимост. За надеждно изчисление на охладителния радиатор се взима предвид околната температура. Околна температура от 25˚C се счита за добра отправна точка за нашия климат. Задължително е в сметките да се залага максималната възможна околна температура, а също така да се отчетат фактори, като разположение на радиатора (с цел по-добро топлопредаване), добре изгладени повърхности, използване на термопроводима силиконова паста, отчитане на надморска височина и др. Основната цел на един проектант на краен продукт е да постигне възможно най-ниско топлинно съпротивление.

Топлинно съпротивление

Ако направим аналогия на топлинното съпротивление, можем да го сравняваме с електрическо съпротивление, а топлопредаването – с големината на електрическият ток. Колкото по-ниско е общото топлинно съпротивление на охладителна система, толкова повече мощност може да разсее. Разбира се, добре е да се отбележи, че преноса на топлина не е мигновен процес, съществува време за разпространение и др., което тук няма да разглеждаме. Преноса на топлинна енергия между полупроводниковия чип и околния въздух се моделира като поредица от съпротивления за топлинния поток, съпротивление на полупроводник (ПП) кристал – корпус, корпус – радиатор, и радиатор – околна среда. Сумата от тези съпротивления ни дава общото термично съпротивление. Температурното съпротивление се определя като повишаване на температурата в ˚С за единица мощност  W, аналогично на електрическото съпротивление и се изразява с мерна единица ˚С/ W. Цялостното пресмятане е сравнително относително, тъй като не се взимат под внимание неравномерното разпределение на топлината по отношение на радиатора. Отнася се за модели, които са в термично равновесие и не се взема предвид промяната на температурата с времето.

Изображения за движение на флуид чрез естествена конвекция, изчислителен метод: числени методи (Computational fluid dynamics- CFD)

razpredelenie na traektoriq fluid pri krygyl radiator sys styr4ashti lameli

CFD анализ показващ разпределение траекторията на флуид, в случая на кръгъл радиатор със стърчащи аксиални ламели.

razpredelenie na traektoriq fluid pri radiator s radialno razpolojeni lameli

CFD анализ показващ разпределение траекторията на флуид в случая на кръгъл радиатор радиално разположени ламели.

CFD_Forced_Convection_Heat_Sink_v4

CFD анализ, показващ температурните контури; повърхностни и въртеливи траектории и въздушна струя, предизвикани от вентилатор.

eoa_watermann1_305 estesvena konvekcia
Охлаждане на ПП елемент или друг тип електронен елемент чрез охладителен радиатор

Може да се каже, че за охлаждането на даден елемент трябва да се осъществи пренос (отдаване) на топлинна енергия от едно тяло към друго чрез топлообмен. За осъществяване на най-добър пренос на топлина най-важният параметър на материала е неговото топлинно съпротивление. То наподобява електрическото съпротивление, съответно колкото е по-ниско топлинното съпротивление на даден материал, то той толкова по-бързо ще може да топлопредава.  Термичното съпротивление е реципрочното на термичната проводимост. Мерната единица в система SI е градус келвин на ват [K/W], както всички знаете изменението на температурата с 1К е равно на изменението с 1˚С, Δ1 K = Δ1 °C, следователно записваме еквивалентната мерна единица [C˚/W]. При всички полупроводникови прибори, излъчващи топлина е от изключително значение правилното им охлаждане, при липсата на такова, настъпват необратими промени във кристалната му структура. Максималната температура на полупроводника Tj се дава от производителя, както термичното съпротивление ПП кристал-корпус Rthj-c  и абсолютното топлинно съпротивление Rth. На базата на тази информация проектантът на крайното устройство трябва да изчисли площта и големината на необходимия охладителен радиатор за правилно функциониране на устройството. Изчислението на охладителен радиатор трябва да гарантира работна температура по-малка от дадената максимална от производителя.

Tj – температура на ПП кристал
Tc – температура на корпуса на ПП
Tf – температура на радиатора
Ta – температура на въздуха
Rthj-c  – термично съпротивление на ПП кристал-корпус(транзистор)
Rthc-r   – термично съпротивление на изолаторната подложка и силиконова паста
Rthr-a – термично съпротивление на радиатора

Сравнителна таблица за възможността на даден ПП елемент да отдава топлинна мощност в зависимост от околната температура. Както сами ще се убедим при повишаване на околната температура (температурата на помещението), възможността на системата да разсейва топлинна енергия намалява.

За даден транзистор или полупроводников елемент е дадена графика от производителя за възможността му, да разсее топлинна енергия равна на 75W при околна температура 25˚С. Вижда се много добре на графиката, че при увеличаване на околната температура на 100˚С, ПП елемент може да разсее топлина не повече от 30 W. По същата аналогия може да направим извод, че колкото по-ниска е околната температура, то охладителния радиатор би топлообменял много по-интензивно, следователно температурата на полупроводника ще бъде по-ниска и ще увеличим неговият живот, съответно една и съща големина, радиатор, би могъл да разсейва по-голяма мощност. Живота на ПП елемент е силно зависим от температурата на неговия преход, отнася се за абсолютно всички полупроводници: транзистори, диоди, тиристори, триаци, интегрални схеми,  SSR релета, Led светодиоди, които се произвеждат с все по-голяма мощност, както и за всеки друг тип електронни елементи, имащи нужда от допълнително охлаждане чрез радиатор. Примерният транзистор, който разглеждаме е с термично съпротивление преход-корпус 1.67˚C/W, така температурата на ПП кристал, би била по-висока от температурата на неговия корпус.
Първото ни изчисление ще бъде, каква ще е температурата на прехода при температура на корпуса 25˚С и разсейвана мощност 75 W. Термичното съпротивление е равно на 1.67, мощността 75 W, следователно температурата на прехода 1.67х75=125 ˚С
С цел най ефективно ползване на мощни транзистори, светодиоди (LED), SSR релета, диоди, тиристори и други видове полупроводникови елементи, имащи нужда от допълнително охлаждане, е възможно само при добре изчислено топлоотдаване в околната среда. С цел по-опростено обяснение, надолу ще бъде споменавано за полупроводников елемент – транзистор, като аналогичните сметки могат да бъдат използвани и за други полупроводникови елементи. Топлинните съпротивления в това топлопредаване са:
–    топлинно съпротивление между колекторния преход на транзистора и корпуса му Rthj-c  което може да се набави от каталожните данни (datasheet catalog) за съответните полупроводникови елементи;
–    топлинно съпротивление между корпуса и радиатора Rthc-r   което зависи главно от добрия топлинен контакт между двете повърхности ( гладкост на повърхностите, приложената сила на стягане, наличие на топлопроводима силиконова паста, материал и дебелина на изолационната подложка и др.);
–    топлинно съпротивление между радиатора и околната среда  Rthr-a , което зависи от повърхността на радиатора и нейното състояние (цвят, покритие, гладкост) разположение на радиатора (хоризонтално, вертикално, дължина и разстояние на ребрата);
Общото резултатно съпротивление е: Rth = Rthj-c  + Rthc-r  + Rthr-a , всички тези топлинни съпротивления се измерват в C˚/W.
В резултат на охлаждането температурата на прехода tj преход (˚C) ще бъде получена като сума от всички отделни топлинни съпротивления на транзистора (или друг ПП елемент) и радиатора, умножена по колекторната мощност Pc (W), която трябва да се разсее (или необходимата мощност за разсейване от ПП елемент). Всичко това събрано с температурата на околния въздух tа. Тук може да подчертаем, че при сметки се взима максималната околна температура, която е възможно да бъде достигната, т.е.:

формула (1)

 



Изчислението по формула (1) се прави в случаите когато се разполага с готов радиатор и трябва да се провери неговата ефикастност. Чрез същата формула може да се изчисли максимално допустимата мощност на разсейване:

Формула (2)

 

Където  tj max е максимално допустимата температура на преходите на транзистора, посочена в каталожните данни на производителя (C˚). В повечето случаи, грубо може да се приеме, че tj max е 70 C˚ за германиевите транзистори и 150 C˚ за силициевите ПП елементи. С цел по добро предпазване и дълготрайна работа на ПП проводниковите елементи, тези температури могат да се занижат с 10-15%.
Топлинното съпротивление на радиатора който трябва да се монтира , за да не се надвиши максимално допустимата мощност  Pc max ще бъде:

Формула (3)

Ако плоскостите на корпуса на транзистора и леглото му в радиатора не са достатъчно плътно прилепнали и гладкостта на допиращите се повърхности не е висока, топлинното съпротивление Rthc-r   може да нарастне с 2-3(C˚/W). Запълването на тези неравности с термопроводима силиконова паста понижава Rthc-r   до 0.5(C˚/W). Много често се налага използването на изолационна подложка между корпуса на полупроводника и охладителя. Това увеличава топлинното съпротивление в зависимост от дебелината и материала на подложката. В следната таблица може да се види зависимостта при някои типове подложки с различни дебелини:

 

 

Материал на подложката

Дебелина на подложката в µm

Топлинно съпротивление Rthc-r

(C˚/W)

Полиетиленова или тефлонова лента

10

1,1

Слюда

60

0,6

Слюда

140

2

Слюда

400

2,7

Слюда със силиконова паста

40

0,5

Анодирана повърхност

–––

1

 

 

Пример: имаме транзистор с топлинно съпротивление Rthj-c  = 1.5 (C˚/W), трябва да разсее топлинна мощност 15 W, монтиран е на радиатор с топлинно съпротивление Rthr-a = 1.8 (C˚/W),  и е изолиран от него чрез слюдена пластина с Rthc-r  = 0.5(C˚/W), околната температура е 25 C˚.
Температурата на прехода на ПП ще достигне до: tj = 15(1.5+0.5+1.8)+25 = 82 C˚
Чрез формули (1), (2) и (3) могат да се изчисляват различни характеристики в удобни варианти.

Плоски радиатори

Плоските радиатори са най-прости по конструкция радиатори – плоска алуминиева плоча с квадратна или правоъгълна форма. Необходимата площ S (cm2) може да се определи по формулата:

Формула (4)

Където Rthr-a е вече споменатото топлинно съпротивление на радиатора а А е коефициент, зависещ от състоянието на повърхността и условията за топлообмен:
А=2200 при необработена алуминиева плочка със затруднен въздухообмен (хоризонтално разположение);
А= 1600 при необработена алуминиева плочка с улеснен въздухообмен (вертикално разположение);
А= 1200 при обработена (чрез пясъкоструя) алуминиева плочка и вертикално разположение.
Формула (4) може да се използва и за П-образни радиатори, стига да е осигурено обтичане на въздух от двете страни
Пример: транзисторът ……..трябва да разсее мощност 6 W. Трябва да се направи оразмеряване за плосък радиатор, така че температурата на прехода tj max да не надвиши 150 C˚ при температура на околния въздух tа = 35 C˚. Разположението на радиатора ще е вертикално.
Температурата на радиатора ще се определи от:

В случая ще изберем транзистора да не се нуждае от изолационна подложка следователно Rthc-r=0 , Rthj-c  = 10 C˚/W,

От тук заместваме в , поради вертикалното разположение на охладителният радиатор се получава двустранно обтичане с въздух и изчислителната стойност на S може да се намали 2 пъти.

Таблица за оразмеряване на плосък алуминиев радиатор , необработен, при вертикален монтаж (в случаите на хоризонтален, площта трябва да е с 20% по голяма)

 

Топлинно съпротивление Rthr-a(C˚/W)

Необходима

охладителна площ в cm2,при дебелина на листа 1mm

Необходима охладителна площ в cm2,при дебелина на листа 2mm

Необходима охладителна площ в cm2 , при дебелина на листа 3mm

2

––––-

700

550

3

600

350

280

4

280

220

190

5

180

160

140

6

135

125

120

7

120

100

95

8

90

82

80

9

80

72

70

10

70

65

63

50

55

52

50

100

42

40

40

200

30

30

30

300

20

20

20

Радиатори с ребра

В случаи на изчислени радиатори, когато за площа S се получат големи и неудобни размери – трябва да се премине към ребрести радиатори. Съществуват най различни форми на ребрести радиатори. За тях важат правилата за монтаж изброени по горе в настоящата статия.

Forced_convection_heat_sink_using_CFD_v1

Принудително охлаждане чрез вентилатор

Чрез графиките по-долу, проектант може лесно и бързо да се ориентира за избор на дължина на радиатор, в зависимост от необходимата мощност, която трябва да разсеем, чрез охладителен радиатор. Необходимо е да се съобразим не само с мощността, която искаме да разсеем, но и каква температурна разлика желаем да поддържаме. Графиките са за някои типове радиатори:

Автор: Емил Браянов

Източници:

1. Novel Concepts, Inc

2. Наръчник по опростено проектиране на схеми с полупроводникови елементи. Джон Ленк, ДИ „Техника“ 1981г.

3. Справочник на радиолюбителя. Димитър Рачев, ДИ „Техника“ 1984г.

Feb 192014
 
product_large_54064

С всяка изминала година хората и правителствата по цял свят стават все по-активни в действията си за опазване на околната среда. Спирането на лампите с нажежаема жичка от производство е красноречива стъпка в тази посока. До края на 2013 година и последните представители на тези лампи бяха спрени от производство.

Incandescent Light Bulbs vs CFLs

Разбира се, производителите на лампи и осветителни системи също са много активни и техните усилия в посока към енергоспестяване направи възможна появата на масовия пазар на LED лампите и осветителните тела. Самата технология е позната от години, но последните иновации в тази област направиха възможен нейния възход. По прогнози LED осветлението ще заема 75% от световния пазар до края на 2020 година.

 

Високоефективна светодиодна лампа с дълъг живот и студенобяла светлина

LED лампа 4W от BEGHLER

 

Koe прави тази технология революционна?

Ползите от нея са толкова много спрямо всеки друг източник на светлина, че другите думи просто бледнеят. Ето какво печелите когато ползвате LED във вашия дом, офис, дори и в автомобила или на всякъде другаде, където се използват някакъв тип източници на светлина.
•    по-ниски сметки за ток. LED лампите изразходват до 80% по-малко енергия, за да постигнат същия резултат;
•    по-дълъг живот на експлоатация. 50 000 часа или 6 години непрекъсната работа, сравнени с 1500 часа при лампите с нажежаема жичка;
•    без съдържание на вредни газове или живак;
•    рециклират се без остатъчни продукти;
•    светлината е най-близка до дневната;
•    не излъчват нито UV, нито IR вълни;
•    максимална ефективност на светлината – 80-100 лумена на ват при LED срещу 10-12 лумена на ват при обикновените лампи;
•    значително по-здрави;
•    LED лампите отделят много малко топлина при работа
•    имат високо цветопредаване;
•    могат да се димират и да се избират според цветната температура, като по-този начин винаги имате правилната светлинна атмосфера
•    произвеждат се във всички стандартни размери и цокли. Това прави преминаването към LED лампи изключително лесно.

Дори и в по-далечно бъдеще тази технология ще се запази и ще еволюира в OLED (Organic Light-Emitting Diode)

В началото диодните лампи са произвеждани със стандартни светодиоди, но новите технологии успяват да внедрят и популяризират мощните светодиоди и SMD светодиодите.

LED-лампа-луна LED-лампа-мощни-диоди LED-лампа-цокъл-G9

Някои видове LED  лампи

 

 

Светодиодна крушка с консумация 10W, заместваща 60W обикновена лампа

LED лампа BA18-1022, 10W, 220-240VAC, E27, студено бяла

 

 

Тази LED лампа е заместител на обикновените лампи с нажежаема жичка. Използва се предимно за дома и офиса. Замяната и става директно като се слага на мястото на старата лампа с нажежаема жичка. Приложението им е за аплици, полилеи, нощни лампи, настолни лампи и др.

Е14 LED лампа

LED лампа BA16-0412, 4W, 220VAC, E14, студенобяла, тип свещ

 

 Тази лампа е заместител на халогенните лампи тип луна за окачен таван. Изработва се с  различни цокли GU10, G6.35 и G4. С цокъл GU10 се предлага само на 220V захранващо напрежение. На цокъл G6.35 се предлага на 220 V и на 12 V. С цокъл G4 се предлага само на 12 V. Някои от диодните луни могат да работят както на AC така и на DC, но НЕ ВСИЧКИ!!! На LED луните, които могат да работят и на постоянно и на променливо напрежение това е упоменато на опаковката или на корпуса. Корпуса на светодиодните луни е стъклен (на SMD диодните и стандартните) и алуминиев за по-добро охлаждане (на луните с мощни светодиоди). Приложението им е основно за окачен таван, но се използват за нощни лампи, настолни лампи и др.

product_large_50415

Тези лампи са заместители на халогенните лампи с този цокъл. Работното им напрежение е 220VAC и се поставят директно на мястото на старите халогенни лампи. Приложението им е основно за нощни лампи и полилеи с цокъл G9.

 

LED пура

LED лампа тип „пура”

Тази LED тръба е заместител на луминесцентните тръби. Работното и напрежение е 220VAC и се свързва директно към ел. мрежата. Предлага се със стандарти T5 и T8. Стандарт T5 са по-тънки и се използват за единични осветителни тела в кухненски помещения, за скрито осветление и др. Стандарт T8 се използват предимно за осветителни тела за таванен монтаж. Осветителните тела за LED тръбите за разлика от техните предшественици са без стартер и дросел. Старите осветителни тела за луминесцентни тръби могат да се пригодят за LED тръби, като се демонтират стартера и дросела.

 

LED луна

LED тяло за вграждане в окачен таван

Това осветително тяло е заместител на халогенните арматури за вграждане в окачен таван. Самото то работи на 12VDC, но в комплекта е включен и електронен трансформатор преобразуващ входното напрежение от 220VAC на 12VDC. Приложението им е за окачен таван в жилищни и обществени сгради.

 

 

LED прожектор

Този прожектор е заместител на халогенните и метал-халогенните такива. Използва се предимно на открито за осветяване на големи площи като дворове, спортни игрища, площадки и др. Захранва се директно от ел. мрежата на 220VAC, и за разлика от халогенните и метал – халогенните прожектори е изключителни икономичен. Може да се използва и като насочена светлина за паметници, сгради и др.

LED-лента

LED лента

Тази лента е с изключително широко приложение. Използва се както за допълнителна, така и за основна светлина. Захранващото и напрежение е 12VDC, но има и на 24VDC. По-високото напрежение се използва предимно за декорация и осветление в каравани и камиони. 12 волтовата лента е е навлязла в дома на средностатистическият потребител под формата на скрито осветление, декоративно и основно осветление. Монтажът и става като се свърже към подходящ за мощността на лентата електронен LED трансформатор и той се включи към захранващото напрежение 220VAC. Тя е гъвкава, двойно залепяща и може да се реже на сегменти от по 3 диода минимум. Предлага се в различни цветове. Има и многоцветни LED ленти, към които може да се свърже контролер с дистанционно управление и да се използват като диско ефект. Могат да се използват и като декоративно осветление в автомобили и каравани.

Автор: Ангел Георгиев

dsaD

Feb 112014
 

Зумерът е сигнален елемент (устройство), оповестяващ със звук определено, предварително зададено, очаквано събитие. Думата идва от немски „summer“ и означава жужене. В англоезичната транскрипция – buzzer или beeper и представлява звукоизлъчвател (звукова аларма). Това е произвеждащият звук, елемент в алармените сигнализации. Може да се каже, че принципно бузерът е интерфейса между човек и машина. Може да е електромеханичен (магнитен), електронен или пиезоелектричен. Зумерите, които използват пиезоелектрична керамика се наричат пиезолектрични зумери. Зумерите се използват в различни видове сирени и алармени сигнализации, пожароизвестителни аларми, в битовата техника, промишлеността, автомобилостроенето, телефоните и др. Най-честата му употреба е за забравени включени светлини в автомобила или за невключени при потегляне светлини, но ще го срещнете и като сигнализитор за забравена отворена врата към помещение с ограничен достъп. Аларма при неоторизиран опит за натискане на бутон или движение на мишката на компютър. В домакинството, при достигане на определено предварително зададено време на микровълнова или обикновена фурна, за да знае домакинята, че ястието е готово*. За входни звънци, аларми на електронни часовници и др. Звукът може да е непрекъснат, периодичен или еднократен. Но какво всъщност представлява звука?

zvuk

Звук. Характеристики на звука

Звукът е вибрация на въздуха. Трептене на материята, водещо до периодична промяна на налягането на въздуха, възприемано от слуховия апарат на човек. Звукът освен във въздуха се разпространява в газове, течности и твърди тела и не се разпространява във вакуум. Трептенето е вид надлъжна механична вълна и като такава има всички характерни свойства на вълните: интензитет (сила), честота, амплитуда, период, дължина на вълната, скорост и посока на разпространение.

sound-wave

Основните характеристики, имащи практическо значение и при зумерите са сила на звука, честота и скорост на разпространение. Скоростта на звука във въздуха, при дадена температура, е константа и при 20℃ е 340 m/s. Силата на звука се измерва в бел (B), но по-често се използва десетократно по-ниската стойност на величината – децибел (dB). Най-често избираната сила на звука при конструиране на зумерите е около 80-90 dB. За ориентация 10-20 dB е звукът от шумолене на листа или движение на мишка, а при над 120 dB звукът става болезнено силен и може да причини увреждания.

Woman-With-Hands-Over-Ears

Честотата е броят на трептенията за секунда и се измерва в херц (Hz) на името на немският физик Хайнрих Херц, експериментално доказал наличието на електромагнитните вълни. Човешкото ухо възприема като звук честотите в диапазона от 20 Hz до 20 kHz, макар че има отделни индивиди чуващи и извън  тези граници. Човешкото ухо е така устроено, че да усили звуковото налягане. По продължението на около 4 cm,заети от средното и вътрешното, уши, са използувани три различни физически принципа, за да усилят слабите вибрации във въздуха по такъв начин, че да предизвикат акустични вълни в течност.

sound

Подобният на резонанс на органова тръба ефект (Хелмхолцов резонатор) на ушния канал усилва въздушното налягане около 10 пъти. Лостовата система, образувана от костите на средното ухо усилва сигнала още около 3 пъти. Разликата между площта на ушното тъпанче и площта на овалното прозорче, осигуряват допълнителни 30 пъти усилване. Резултатът от тези три механизма може да доведе до усилване на звуковата вълна повече от 800 пъти преди тя да приведе течността във вътрешното ухо в движение. Това усилване ни позволява да чуваме слаби и отдалечени звуци. Зумерите или бузерите са така създадени, че звукът, който емитират е около средните стойности на диапазона на чуваемост, защото в средната част на честотната лента звукът се чува най-добре. От 2.8 до 6 kHz са обичайните честоти на звука на бузерите.

180px-SchemaPiezo

Зумери. Принцип на действие, структура, видове

Пиезоелектричните зумери се състоят от пиезоелектрична диафрагма, която представлява пиезоелектричен керамичен диск прилепен към метална плоча от месинг или никелова сплав. Около диска има резонираща кутия с отвор в средата за емитиране на звука. В задната част на елемента има два извода. Единият от тях е свързан с металният диск, а другият с пиезопластината. При подаване на напрежение пиезокристалът се разширява и свива увличайки със себе си металния диск, който произвежда звук генериран от вибрациите в него. Звукът се усилва от акустичната кутия, в която се намира и излиза през отвора в средата и.

theory-pz edit bg

Параметри характеризиращи зумера:

  • номинално напрежение – пиезозумера (пиезотрансдюсер) работи с правоъгълни импулсни вълни.
  • захранващо напрежение – напрежението, което се подава за нормалното функциониране на устройството.
  • консумиран ток – ток, който е необходим за нормалното функциониране на зумера. В началото на процеса на работа този ток е 3 пъти по висок. Пиезо бузерът може да направи по-високо SPL (sound pressure level) т.е. ниво на звуковото налягане при по висок капацитет, но ще косумира повече електроенергия.
  • изходен звук – силата му се измерва при приложено номинално напрежение от децибелметър разположен на разстояние 10 cm.
  • резонансна честота – зумерът може да създаде звук с различни честоти, но се приема, че най-високата и най-стабилна SPL се емитира при резонансната честота.
  • работна температура – зумерът работи нормално при температури от -30 до +70
buzzer z

Видове зумери

Как да си изберем зумер?

Има много различни методи за избор на бузер, но най-важни сред тях са няколко параметъра като напрежение, ток, принцип на действие, размери, монтажни размери и разбира се най-важния – колко голямо е нивото на звуковото налягане, SPL, и на каква честота го искаме. Резонансната честота на излъчване на пиезоелемента е пряко свързана с диаметъра на самия елемент. Колкото е по-голям диаметърът на елемента, толкова е по-ниска честотата и обратно.

Работно напрежение: обикновено, работното напрежение за магнитен зумер е от 1.5V до 24V, за пиезо зумер от 3V до 220V. Все пак, за да се получи достатъчно високо SPL, ние предлагаме  най-малко 9V за управление на  пиезо зумер.

Консумация на ток: според напрежението, токът на консумация на магнитния зумер е от десетки до стотици милиампери; обратно пиезозумерът спестява много повече електричество и има нужда само от няколко милиампера, като консумира три пъти повече от работния ток, когато бузерът започва работа.

Размери: размерите на бузера са обратно пропорционални на честотата, оказват влияние върху SPL, като големината на магнитният зумер е от 7 mm до 25 mm, а пиезозумерът е от 12 mm до 50 mm или дори по-голям.

Тип на свързване: SMD тип, чрез проводници и т.н.

Определяне на силата на звука (ниво на звуковото налягане SPL): силата на звука в децибели се измерва на 10cm от зумера и може да бъде от порядъка на 85dB, най-силен звук издават общите сирени.

Основният работен елемент във всеки зумер е пиезоелектричната пластина (диафрагма). Според начина, по който се получава сигнала, различаваме два вида пиезоелектрични, произвеждащи звук компоненти. При единия свързването е такова, че задвижването на диафрагмата е чрез външен сигнал (зумер без генератор), а при другото, чрез осигурено самозадвижване чрез съпротивления и транзистори (зумер с генератор).

img_ind_13 - Copy img_ind_14 - Copy

 

 

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

* Макар че там, същата работа върши и обикновена звънчева сигнализация, но от друга страна, този тип звънчеви сигнализации могат да влязат в категорията елементарен механичен зумер.

Feb 042014
 
CFL2

Енергоспестяващите лампи – бъдещето на осветлението!

 

Енергоспестяващите лампи са просто компактни флуоресцентни (луминесцентни) лампи (compact fluorescent lamp – CFL). Най-важните предимства на тези лампи са енергоефективността – изразходват 20% от енергията необходима на обикновената лампа с нажежаема жичка (ЛНЖ) да произведе същия светлинен поток; дългия живот, средно около 10 пъти по-дълъг живот от ЛНЖ, възможност за избор на цветната температура: студено бели, неутрални, топло бели лампи.

CFL4

Видове енергоефективни лампи

Може да се каже, че компактната луминесцентна лампа (CFL), наричана също енергоспестяваща лампа, е луминесцентна крушка, създадена да замени лампата с нажежаема жичка. В енергоспестяващата лампа се използва тръба, която е навита спираловидно или огъната, за да се побира в пространството, което заема обикновената крушка с нажежаема жичка.

CFL

Вече има огромно разнообразие от CFL лампи

Противниците на този вид лампи застъпват тезата, че производството на тези лампи е много по-скъпо, както и тяхната преработка след изтичане на жизнения им цикъл, но това е технологичен, по своя характер, проблем, който постепенно се решава.

recycling

Рециклирайте, за да пазим природата

CFL лампите имат голям пусков ток, след което преминават в стабилен икономичен режим. Не се препоръчва честото им включване и изключване, не само заради пиковия начален ток, но и поради скъсяването на живота им при чести комутации.

CFL6

Отнасяйте се внимателно към своите CFL лампи, за да ви служат дълго и безотказно.

Като някакъв ориентир може да се посочи времето от 15 минути за цикъл на светене, като минимално, за всяко включване на енергоспестяващата лампа.

CFL3

CFL лампите пазят природата

Друг съществен момент за дългата и безпроблемна употреба на икономичните крушки е, да не се поставят в стъклен затворен плафон, защото независимо, че не се нагряват както ЛНЖ, все пак с течение на времето при продължителен цикъл на светене, температурата в плафона се увеличава, а това също скъсява живота на лампата. Не се препоръчва поставянето на CFL лампи на открито, където може да има случаи с много ниски температури, влага и конденз, защото това може да е фатално за тях.

safety

Стъкленият плафон пази лампата, пази и вас

Има разработени специални модели CFL лампи, които са за външна употреба. Те имат специалeн слой или плафон, които ги пазят от влиянията на околната среда. Препоръчва се също така след изваждане на лампата от опаковката, тя да се държи само за основата и да не се докосва спираловидната тръба. Тези лампи са също така слаб източник на ултравиолетово електромагнитно излъчване, затова не трябва да са в непосредствена близост (10-20sm) до човешкото тяло.

cfl7

Енергоспестяващите лампи са екологични

В едно средно домакинство около 10% от потреблението на електричество се използва за осветление. При подмяна на всички лампи с CFL лампи годишните разходи за ток намаляват с около 100лв. По-високата първоначална цена на енергоспестяващите крушки се компенсира от по-дългия им живот и по-високата енергоефективност.

CFL1

Една CFL лампа се равнява на 9 лампи с нажежаема жичка

Интензивността на светене на икономичните CFL лампи не намалява с времето, както твърдят техните критици, това се случваше в зората на тяхното производство, преди много години. Съвременните лампи дори в края на електрическия си ресурс отдават светлинен поток по-нисък едва с 5-10%.

CFL9

Интензитетът на CFL лампата не отслабва с времето

Един от най-големите страхове на песимистите, критикуващи CFL технологията е, че лампите произведени по нея са „отровни“. Това не е вярно!

green-bulb

CFL лампите са „зелени“

 

В действителност, наистина има нищожно количество живак във всяка енергоспестяваща лампа – около 2g, но докато лампата е цяла, той е напълно безопасен. Докато лампата е в експлоатация, тя не излъчва живачни пари и светлинният и спектър не е по различен от този на луминисцентните лампи.

CFL5

Енергоспестяващите лампи са лидер на пазара за осветление.

Ако все пак счупите една енергоспестяваща лампа, трябва внимателно да съберете счупените части и да ги изхвърлите на боклука без да ползвате прахосмукачка. Нищожното количество живак, което би се изпарило при счупването на лампата е пренебрежимо малко и бързо се разсейва и ако не сте в непосредствено близост до счупените части (на сантиметри разстояние), за вас няма никакви вредни въздействия.

cfl8

При счупване не се паникьосвайте

Колкото и да е дълъг животът на една CFL лампа, в един момент той свършва и лампата просто спира да свети. За да опазим природата е необходимо да отнесем изгорелите, но здрави лампи в хипермаркетите, от които са купени и да ги оставим на определените за целта места или да ги изхвърлим в контейнерите за опасни отпадъци ако има такива наблизо или да ги съхраняваме до пристигането на мобилен пункт за събиране на опасни отпадъци.