Piezo-Antriebsschaltung – 4 gängige Designtechnologien

Über die Piezo-Antriebsschaltung ， Oft müssen wir physikalische Größen wie Temperatur, Schalldruck und mechanische Belastung messen. Ein Wandler ist jedes Gerät, mit dem wir solche Größen messen können. Typischerweise wandelt ein Wandler ein mechanisches Signal in ein elektrisches Signal um.

Es gibt viele Arten von Wandlern, und ein piezoelektrischer Wandler ist einer davon. Jedes Gerät, das diesen Wandler verwendet, kann eine physikalische Größe in ein elektrisches Signal umwandeln. Die Millionen-Dollar-Frage lautet jedoch:Wie funktioniert ein piezoelektrischer Wandler?

Dieser Leitfaden für Piezo-Antriebsschaltungen erläutert die Schaltung dieses Systems und seine gemeinsame Designtechnologie.

1. Funktionsprinzipien der Piezo-Antriebsschaltung

Ein Elektriker

Sie müssen zuerst die Zusammensetzung eines Piezo-Summers verstehen. Einige Materialien haben piezoelektrische Eigenschaften, und Sie finden sie in jedem Piezo-Summer. Dazu gehören unter anderem Quarz, Polyvinylidendifluorid, Bleizirkonattitanat (PZT) und Rochelle-Salz.

In typischen Antriebsschaltungen finden Sie einen piezoelektrischen Schallgeber, der mit einem leitenden Material beschichtet ist. Wenn Sie Schalldruck auf die leitende Oberfläche ausüben, werden die Ionen des Piezoelements aktiv. Folglich bewegen sich die Ionen von einem Ende des leitenden Materials zum anderen.

Es wird daher zur Erzeugung einer Ladung führen. Die Ausgangsladung ist später entscheidend für die Kalibrierung des ursprünglichen Schalldrucks.

Beachten Sie, dass diese Spannung entweder Zug- oder Druckspannung sein kann. Somit bestimmen die Belastungsart und die Ausrichtung des Piezoelements die Intensität des Ausgangssignals.

Beachten Sie außerdem, dass die Audioausgabe von der Höhe der Eingangswechselspannung abhängt.

2. Grundlegende Piezo-Antriebsschaltung

Elektrische Komponenten

Für diese Schaltung benötigen Sie nur sehr wenige Komponenten, darunter einen elektronischen Schalter, einen Reset-Widerstand und einen Piezo-Summer. Sie können einen Bipolar Junction Transistor (BJT) oder einen Feldeffekttransistor (FET) für den Schalter verwenden.

Für die Schaltung braucht man ein paar Bauteile, und alle sind billig. Sie können daher mit einem kleinen Budget arbeiten. Nichtsdestotrotz hat es einige Nachteile, darunter eine Begrenzung der Verlustleistung durch den Reset-Widerstand. Außerdem bestimmt das Eingangstreibersignal Ihres Systems die piezoelektrische Schallgröße. Daher müssen Sie diese Einschränkungen in Kauf nehmen, wenn Sie sich für die Basisschaltung entscheiden.

Beachten Sie außerdem, dass Sie den Piezo-Summer nicht unbedingt an den Pluspol anschließen müssen. Wenn Sie es mit der Schaltungserde verbinden, funktioniert es genauso effektiv.

3. Hinzufügen von Puffern zu einer einfachen Treiberschaltung für einen Piezo-Wandler

Ein Sprecher

Sie können das Problem des Reset-Widerstands in der obigen Schaltung vermeiden, indem Sie Puffer hinzufügen. Für diese Schaltung sollten Sie zwei Puffertransistoren hinzufügen, um das Problem der Wandlerimpedanz zu lösen. Dies wird jedoch zweifellos die Leistungsabgabe des Systems beeinträchtigen. Die Treiberspannung wird um ca. 1,2 Volt verringert, aber die Verbindung verhindert die Wandlerimpedanz vollständig.

Bemerkenswert ist auch, dass Sie den piezoelektrischen Schallgeber an den Plus- oder Masseanschluss anschließen können. Wie auch immer Sie es anschließen, Sie werden die Leistung der Tonkomponente nicht beeinflussen.

Sie können die Treiberspannung noch verbessern, indem Sie die Verbindung der theoretischen Schaltung ändern. Sie müssen lediglich die Position des BJT-Puffers auf der Schaltung ändern. Alternativ können Sie FET-Puffer anstelle von BJT-Puffern verwenden, und die Schaltung ist gleichermaßen funktionsfähig.

4. Halbbrücken- und Vollbrücken-Antriebsschaltungen

Elektrische Komponenten

Es gibt viele Arten von Treiberschaltungen, aber Sie werden keine so effektive wie diese Verbindung haben. Sie ist eine Verbesserung der vorherigen Schaltung und erlaubt eine breite Palette diskreter Bauelemente. Die bisherige analoge Treiberschaltung wird sich anstrengen, besonders wenn Sie diskrete Komponenten verwenden.

Abhängig von Ihren Verbindungen können Sie Halbbrückentreiber oder Vollbrückentreiber verwenden. Wenn Sie Push-Pull-Puffer verwenden, ergibt dies Halbbrückenpuffer. Andererseits erstellen Sie einen Vollbrückentreiber, wenn die Treiberschaltung phasenverschoben ist. Für den Vollbrückentreiber können Sie ihn verwenden, indem Sie den piezoelektrischen Schallgeber an den Ausgangsstift der Schaltung anschließen.

Mit Vollbrückentreibern haben Sie den Vorteil, dass Sie gegenüber den anderen Schaltungen die doppelte erreichbare Ausgangsleistung erhalten. Anschließend ist die Ausgangslautstärke höher als die der Grundschaltung oder Halbbrückenschaltung. Sie können dies testen, indem Sie die drei Schaltkreise an dieselbe Eingangswechselspannung anschließen.

Aufgrund des optimalen Ausgangsspannungsbereichs findet man solche Treiberschaltungen in Elektromotoren. Auch die beiden Brückenschaltungen greifen Sie günstig zu. Somit ist es eine integrierte Schaltung, die Sie leicht erwerben und verwenden können.

5. Resonanztreiberschaltung

Eine Leiterplatte

Sie können die resonante Treiberschaltung erstellen, um einen Piezo-Summer mit externer Ansteuerung anstelle der oben genannten Schaltungen mit Strom zu versorgen. Sie benötigen einen diskreten Induktor, und Ihr System arbeitet über das parasitäre Kapazitätskonzept einer einfachen Treiberschaltung. Der Resonanzkreis arbeitet nach einem einfachen Prinzip der Energiespeicherung und -übertragung zwischen Induktor und Kondensator.

Sie können den Anschluss auf Leiterplatten konfektionieren, sofern Sie über diese Schaltungskomponenten verfügen. Auch der Resonanzkreis wird zunächst sehr vorteilhaft sein, da er einfach zu montieren ist. Zweitens hat es einen elektrischen Wirkungsgrad und garantiert auch einen höheren Leistungsbereich als die Versorgungsspannung.

Ein Induktor

Trotzdem arbeitet der Resonanzkreis nur mit einer konstanten Frequenz. Daher können Sie damit keine piezoelektrischen Aktoren ansteuern, die einen großen Frequenzbereich benötigen. Diese konstante Frequenz wirkt sich auch auf die Induktoreffektivität aus. Bemerkenswert ist, dass Sie einen Induktor wählen können, der größer oder schwerer ist als der übliche Typ von Schaltungsteilen. Die Tonfrequenz des Systems wird dadurch in keiner Weise beeinflusst.

Diese parasitäre Kapazität des Wandlers beeinflusst auch die Wirksamkeit des Systems. Viele Hersteller berücksichtigen diesen Aspekt nicht; daher muss man sich damit während des Betriebs abfinden. Schließlich werden Sie auch Schwierigkeiten haben, den Betriebsmechanismus dieses Systems zu modellieren. Daher müssen Sie während der Designphase mehr Zeit im Labor verbringen. Trotz dieser Einschränkungen profitieren Sie jedoch von der hohen Effizienz, die es garantiert.

Fazit

Wir haben Ihnen einen ausführlichen Überblick über die verschiedenen Möglichkeiten der Piezo-Ansteuerschaltung gegeben. Je nach Verwendungszweck können Sie also das für Sie Passende auswählen. Alle diese Piezo-Ansteuerschaltungen sind auch einfach zu montieren. So können Sie ohne viel Aufwand Ihre gewünschte Soundausgabe erstellen.

Falls Sie sich weiter beraten lassen möchten, wenden Sie sich an uns, und wir werden Ihnen umgehend antworten. Wir sind Ihr ständiger Helfer in elektronischen Angelegenheiten. Weitere Einblicke in die Elektronik finden Sie daher in anderen Inhalten auf unserer Website.