Piezoschaltkreise:Ein detaillierter Überblick darüber

Jeden Tag treffen wir auf verschiedene Situationen, in denen wir unbekannte physikalische Größen messen müssen. Wie Temperaturniveaus oder Druckniveaus. Und um diese unbekannten Größen zu messen, benötigen Sie ein Gerät mit solchen Fähigkeiten. Zum Glück haben wir die Antwort. Alles, was Sie brauchen, ist eine Piezo-Schaltung. Es gibt verschiedene Arten von Piezoschaltungen für verschiedene Anwendungen, wie den piezoelektrischen Summer oder den Piezosensor. Der Schwerpunkt dieses Artikels liegt jedoch auf piezoelektrischen Wandlern. Deshalb zeigen wir Ihnen in diesem Artikel alles, was Sie über Piezoschaltungen und die verschiedenen Arten von Piezoschaltungen wissen müssen. Wenn Sie außerdem mehr über piezoelektrische Wandler für Ihr Konvertierungsprojekt erfahren möchten, ist dieser Artikel auch für Sie geeignet.

Sind Sie bereit? Fangen wir an!

Was sind Piezoschaltungen

Digitale Schaltung

Schauen wir uns zunächst an, was Piezoelektrizität bedeutet. Einfach ausgedrückt ist Piezoelektrizität Elektrizität, die durch mechanischen Druck erzeugt wird und den sogenannten piezoelektrischen Effekt erzeugt.

Jetzt nutzt ein Piezoschaltkreis diesen piezoelektrischen Effekt, um Energie, die durch Kraft-, Beschleunigungs-, Temperatur-, Druck- oder Dehnungsänderungen entsteht, in eine elektrische Ladung umzuwandeln.

Der Begriff Wandler umfasst alles, was eine Energieform in eine andere umwandeln kann. Somit ist der piezoelektrische Wandler einer der Typen von Wandlern.

Aber das ist noch nicht alles.

Die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Wandlers ist hoch. So kann es aufgrund seiner guten Ansprechfrequenz als Sensor dienen und in einem Beschleunigungsmesser arbeiten.

Wie funktioniert ein piezoelektrischer Wandler?

Ultraschallwandler-Symbole

Wie bereits erwähnt, arbeitet der piezoelektrische Wandler nach dem piezoelektrischen Prinzip. Auch das piezoelektrische Material, in diesem Fall Quarz, hat eine dünne Schicht aus leitfähigem Material (Silber), die seinen Körper bedeckt.

Quarzkristall

Darüber hinaus sind Quarzkristalle Kombinationen aus Silizium und Sauerstoff, die in einem geordneten kristallinen System (SiO2) angeordnet sind.

Darüber hinaus sind piezoelektrische Kristalle elektrisch neutral und unverzerrt (nicht einheitlich und symmetrisch).

Obwohl die bei diesen Kristallen vorhandenen Atome nicht in Ordnung sind, hat es mäßige elektrische Lasten. Mit anderen Worten, die positiven Ladungen wirken den negativen Ladungen entgegen.

Außerdem hat der Quarzkristall eine einzigartige Funktion. Es erzeugt eine elektrische Polarität, wenn Sie Druck oder mechanische Kraft auf eine Oberfläche ausüben.

Wenn Sie mehr Informationen darüber erhalten möchten, wie Piezo-Schaltungen funktionieren, können Sie diesen Artikel lesen.

Piezoelektrische Wandlertypen

Es gibt verschiedene Arten von piezoelektrischen Wandlern. Außerdem können Sie diese Arten von Piezowandlern nach dem Material des piezoelektrischen Kristalls klassifizieren.

Keramische piezoelektrische Wandler

Nun, Sie können den keramischen piezoelektrischen Wandler in verschiedenen Formen und Größen herstellen. Aus diesem Grund können Sie Ihre spezifischen Anforderungen oder die Ihrer Kunden jederzeit erfüllen. Der Hauptbestandteil des keramischen piezoelektrischen Wandlers sind meist Zusammensetzungen aus Blei-Zirkonat-Titanat.

Piezoelektrische Wandler aus Rochelle-Salz

Rochelle-Salz ist ein weiteres Material, das in Piezotransistoren eingesetzt werden kann. Von all den verschiedenen piezoelektrischen Materialien ist das Rochelle-Salz das Material mit der höchsten Leistung.

Zu den Nachteilen gehört, dass dieses Material nicht in feuchten Umgebungen verwendet werden kann. Außerdem können Sie dieses Material oberhalb einer bestimmten Temperatur (240 Grad Celsius) verwenden.

Synthetische Kristalle sind jedoch effektiver für Spannungsspitzen-Ausgangsanwendungen, insbesondere für die Empfindlichkeit, als natürliche Kristalle.

Piezoelektrische Wandler basierend auf dem Betrieb

Je nach Arbeitsfrequenz kann man einen Piezowandler in Megaschall-, Schall- und Ultraschallwandler unterteilen. Jede dieser Klassifizierungen hat unterschiedliche Designs und Funktionen. Erstens können Sie den Schallwandler bei jedem hörbaren Frequenzpegel verwenden, der niedriger als 2 kHz sein sollte.

Gute Beispiele des Schallwandlers sind Summerwandler. Zweitens liegt die normale Betriebsfrequenz des Ultraschallwandlers zwischen 20 und 200 kHz. Schließlich arbeiten Megaschallwandler auf MHz-Frequenzebene.

Ultraschallwandler

Beispiele für Piezoschaltungen

Hier sind einige Beispiele für andere Piezoschaltungen und wie sie funktionieren:

3V-betriebener lauter Piepser

3-V-betriebener lauter Piepser-Schaltplan

Es ist schwierig, eine laute Schallintensität von einem piezoelektrischen Piepser mit einer 3-V-Gleichstromversorgung zu erhalten.

Diese Schaltung umgeht jedoch solche Einschränkungen und erzeugt effizient einen intensiven Klang. Dies geschieht durch die Kombination eines Spannungserhöhungssektors mit einem resonanten Rückkopplungsnetzwerk.

Die Spannung, die der piezoelektrische Wafer empfängt, beträgt also ungefähr 40 Volt Spitze-zu-Spitze. Das Endergebnis ist eine Schaltung, die einen lauten Ton erzeugt, ohne viel Strom zu verbrauchen.

Bewegungsalarm mit Piezo-Gerät

Bewegungsalarm mit Piezo-Gerät

Hier ist eine weitere Piezoschaltung, die erschwinglich und einfach zu bauen ist. Das Ergebnis dieser Schaltung ist ein piezoelektrisches Gerät, das Sie als Bewegungssensor für jeden Bewegungsalarm verwenden können.

Klicken Sie auf den Piezo-Schaltkreis des Tongenerators

Klicken Sie auf Piezo-Schaltung des Tongenerators

Die Click-Sound-Generator-Schaltung erzeugt ein hörbares „Click“ oder Feedback, wenn Sie eine Taste drücken – auf einem Computersystem. Beide Schaltungen oben haben die Fähigkeit, diese Klickgeräusche jedes Mal zu erzeugen, wenn ihr Logikeingang von niedrig auf hoch wechselt.

Der Piezo-Tongenerator hat einen geringen Stromverbrauch und liefert eine Sensorpegelanzeige. Außerdem können Sie die Anzahl der Klicks pro Sekunde steuern.

Piezoelektrischer Stufenschalter

Schaltung des piezoelektrischen Stufenschalters

Hier ist eine weitere Piezoschaltung, die einen piezoelektrischen Wafer verwendet. Sie können diesen Wafer auch in einer Plastikbox befestigen, damit er als Fingertippsensor fungiert. Wenn Sie also auf die Box mit dem Wafer tippen, wird die Stromversorgung (AC oder DC) eines externen Geräts ein- / ausgeschaltet.

Zusätzlich versorgt eine 9-V-Batterie diesen Schaltkreis mit Strom und steuert ein einzelnes 10-A-Kontaktnennleistungs-Einzelspulenrelais (5 V) an. Mit diesem Relais schalten Sie zwischen Wechsel- oder Gleichstrom um. Wenn Sie die Schaltung in den Standby-Modus versetzen, zieht sie außerdem einen minimalen Strom von 1 UA.

Kunststoffbox für Piezo Tap Switch Circuit

Piezoelektrischer Wandler:Die verschiedenen Betriebsarten

Der piezoelektrische Wandler hat drei Hauptbetriebsmodi, je nachdem, wie Sie das piezoelektrische Material schneiden. Dazu gehören Quer-, Längs- und Scherbetriebsarten.

Für den transversalen Modus; Sie können Druck auf die Hauptachse „Y“ ausüben und eine Last erzeugen. Bewegen Sie sich dann in einem 90-Grad-Winkel von der Drucklinie in die X-Richtung. An diesem Punkt hängt die Ladung von der Form des piezoelektrischen Materials ab.

Beim Längsmodus hängt die erzeugte Last von der aufgebrachten Kraft ab. Im Gegensatz zum Transversaleffekt hängt die Belastung im Longitudinalmodus nicht von der Form oder Größe des piezoelektrischen Materials ab.

Schließlich ist der Schermodus dem Längseffekt ähnlich. Es erzeugt eine Last basierend auf der von Ihnen ausgeübten Kraft und ist auch nicht von der Geometrie der piezoelektrischen Komponente abhängig.

Piezoelektrische Wandleranwendungen

Hier sind einige Anwendungen des piezoelektrischen Wandlers:

• In Automobil-, Näherungs- und Füllstandssensoren

Automobilanwendungen

• In Haushaltsprodukten wie Bewegungsmeldern oder Objektmeldern
• In normalen elektronischen Geräten wie Spielzeug, Fernbedienungen und Spielen

Fernbedienungen

• Um Detonationen in Automobilanwendungen zu berechnen
• In Flughäfen oder Restaurants mit automatischen Türen

Vorteile und Einschränkungen piezoelektrischer Wandler

Hier sind einige der Vorteile und Einschränkungen von piezoelektrischen Wandlern

Vorteile

• Sie sind selbsterzeugende Wandler
• Perfekt für eine Vielzahl von Anwendungen
• Einfach zu verwenden und in Schaltkreisen zu handhaben

Einschränkungen

• Anfällig für Umgebungsbedingungen wie Temperatur
• Statische Anwendungen können nicht gemessen werden
• Sie können die gewünschte Form und Festigkeit für Ihre piezoelektrischen Materialien nicht einfach erreichen
• Gelegentlich niedrige Ausgangsspannung in wenigen Anwendungen

Zusammenfassung

Piezoelektrische Schaltungen sind einzigartige Schaltungen, die für verschiedene Anwendungen funktionieren. Der piezoelektrische Wandler ist einer dieser Schaltkreise, der Ihnen einzigartige Fähigkeiten bietet, die Sie in anderen Sensorgeräten kaum finden können.

Der piezoelektrische Wandler hat mehrere Vor- und Nachteile – dies hängt jedoch von Ihrer Anwendung ab. Achten Sie schließlich darauf, die Leistung eines piezoelektrischen Wandlers genau zu prüfen, bevor Sie eine Wahl treffen oder kaufen.

Wir sind jetzt am Ende dieses Artikels angelangt. Wenn Sie jedoch weitere Fragen haben, können Sie sich gerne an uns wenden. Wir würden uns freuen, von Ihnen zu hören.