Exit

Уроки онлайн

Уровень

Общая теория обратимых четырёхполюсников.

Общая теория обратимых четырёхполюсников.
Режим приёма и режим излучения.

Электроакустический преобразователь ¾ устройство, преобразующее электрическую энергию в акустическую (энергию упругих колебаний среды) и обратно.

В большинстве электроакустических преобразователей имеет место двойное преобразование энергии:

  1. электромеханическое. В результате которого часть подводимой к преобразователю электрической энергии переходит в энергию колебаний некоторой механической системы;
  2. механоакустическое, при котором за счёт колебаний механической системы в среде создаётся звуковое поле.

Обычно электроакустические преобразователи обратимы.

Излучатель

Приёмник

В общем случае электромеханический преобразователь может быть представлен в виде обратимого четырёхполюсника с разнородными сторонами.

Для преобразователя излучателя входной стороной является электрическая, выходной – механическая.

Для преобразователя приёмника входной стороной является механическая, выходной – электрическая.

Уравнения двустороннего электромеханического преобразования

Первое слагаемое отражает закон Ома, а второе описывает внешнее влияние другой стороны.

Верхний знак относится к индуктивным преобразователям (электродинамическим), нижний – к емкостным (электростатическим).

Полное входное сопротивление преобразователя излучателя

M¾ коэффициент электромеханического преобразования.

Теорема электромеханической взаимности

 

Если к электрической стороне преобразователя приложено напряжение U, вызывающее на механической стороне скорость v, а при действии на механическую сторону силы F на электрической стороне протекает ток i, то имеет место равенство модулей отношений напряжения к скорости и силы к току.

 

М- показывает, какой ток протекает на электрической стороне при воздействии силы в 1 Н на механической стороне

или

    • какая колебательная скорость развивается на механической стороне, при приложенном напряжении 1 В на электрической стороне.

Преобразователь, как электромеханический четырёхполюсник

Независимо от типа преобразования и конкретного исполнения преобразователя, если только он линейный, он описывается следующими уравнениями:

Для преобразователя- излучателя:

Для преобразователя- приёмника:

Здесь – линейные параметры четырёхполюсника. Коэффициенты определяют открытым путём для режимов ХХ (i=0) и КЗ (u=0) электрической стороны, свободного (F=0) и заторможенного преобразователя для механической стороны.

 

 

 

Соотношение электромеханической взаимности

 

 

Наиболее употребительными являются

 

- коэффициент электромеханического преобразования

 

-коэффициент электромеханической трансформации

 

 

Равенство составлено из взаимно аналогичных величин i~v, F~u.

Стороны преобразователя можно считать связанными посредствам некоего фиктивного трансформатора, описывающего процесс преобразования энергии.

Условный трансформатор преобразует механические величины в их электрические аналоги и наоборот.

Трансформатор являющийся идеальным (без потерь), можно пересчитывать сопротивление с электрической стороны на механическую и наоборот.

Правила пересчета

1 (эл. стор.)

N (мех.стор)

 

 

 

 

Режим излучения

1. Сопротивление преобразователя.

Входное сопротивление определяет согласование с источником возбуждения, выходное сопротивление – согласование с акустической средой.

 

    1. Мощность преобразователя
  • мощность электрических потерь, рассеиваемая в форме тела тепла во входной части на активных элементах.

Может быть обусловлена омическим сопротивлением, вихревыми токами, магнитным и электрическим гистерезисом, несовершенством диэлектрика.

    • расходуется на движение механической части или мощность, преобразуемая в механическую.

Называется механической мощностью излучателя.

  1. Коэффициент полезного действия.
    1. Для оценки эффективности излучателя активной электрической мощности в активную механическую служит электромеханический КПД
    2. При работе в упругой среде преобразователь излучает звуковую энергию, его эффективность характеризуется электроакустическим КПД, определяемым отношением акустической полезной мощности Ра к потребляемой электрической Рэ.

 

    1. Эффективность излучателя, как преобразователя энергии механических колебаний в энергию колебаний упругой сферы, оценивают акустоэлектрическим КПД.

Для воздуха

- подтверждает наличие двух этапов преобразования энергии.

  1. Чувствительность излучателя.

 

 

Отношение действующего звукового давления в данной точке неограниченной сферы к действующему напряжению на входной стороне излучателя.

Режим приёма

    1. Чувствительность приёмника

 

 

Отношение эффективного напряжения, развиваемого на выходе приёмника к эффективному звуковому давлению в свободном поле в точке нахождения приёмника.

 

 

Эффективность приёмника оценивают удельной чувствительностью.

 

 

 

Zi – внутреннее (выходное) сопротивление приёмника.