Пьезокерамические излучатели

April 17, 2014 by admin Комментировать »

К пьезокерамическим излучателям относятся прежде всего «пьезопищалки» (transducer), применяемые в наручных часах, музыкальных открытках, телефонных аппаратах, игрушках, бытовой технике. Это, наверное, самый простой и распространённый источник звука в конструкциях, содержащих MK.

Различают двух трёх выводные пьезоизлучатели. Первые из них содержат два вывода, которые можно рассматривать как обкладки конденсатора с эквивалентной ёмкостью 0.01…0.47 МК Ф. Дополнительный третий вывод используется для организации обратной связи или для увеличения громкости.

АЧХ у пьезоизлучателей имеет несколько локальных максимумов в звуковом диапазоне, близком к максимальной чувствительности слуха человека (Табл. 2.7).

Таблица 2.7. Параметры пьезокерамических излучателей

Основные достоинства пьезоизлучателей — миниатюрность, плоский корпус, устойчивость к механическим воздействиям, отсутствие электромагнитных полей, низкое энергопотребление, высокий КПД.

Чтобы пьезокерамический излучатель зазвучал, на его выводы надо подать от MK импульсы с частотой 0.2…5 кГц. Например, выставить НИЗКИЙ уровень, затем пауза 100… 1000 МК с, выставить ВЫСОКИЙ уровень, пауза 100…1000 МК с и т.д. Интересно, что прямоугольные импульсы «звучат» громче, чем синусоидальный сигнал. Изменяя длительность пауз, можно варьировать музыкальную высоту нот в пределах нескольких октав. Изменяя скважность импульсов при постоянной частоте, можно добиться разной тембровой окраски.

Громкость звука напрямую зависит от прилагаемого к излучателю напряжения. Только надо помнить, что длительная работа с предельно высокими напряжениями может привести к механическим деформациям и разрушению пьезокерамики. Другая крайность заключается в слишком низком напряжении, когда приходится прислушиваться к «шёпоту», затаив дыхание. На практике выбирают золотую середину со средней комфортной громкостью.

Пьезоизлучатели являются обратимыми приборами. Это означает, что они могут одновременно воспроизводить звуки и быть датчиками механических ударов. Важное следствие — не рекомендуется напрямую подключать пьезоизлучатели и пьезоэлементыклиниям MK, без разницы, к входным или к выходным. Неосторожный удар или падение прибора с высоты могут привести к генерации на обкладках пьезоизлучателя короткого электрического импульса, способного вывести из строя защитные диоды MK. Разумеется, «ружьё может и не выстрелить», но для страховки последовательно с пьезоизлучателями осторожные разработчики ставят ограничительные резисторы или буферные транзисторные каскады.

На Рис. 2.47, a…K приведены схемы «низковольтного» подключения пьезокерамических излучателей к MK. Для излучателей, допускающих по даташиту повышенное рабочее напряжение, используют «высоковольтные» схемы, изображённые на Рис. 2.48, a…e. Иногда, чтобы повысить громкость звука, подобным образом включают пьезокерамические звонки серии «ЗП» и азиатские излучатели без маркировки, но такой «экстрим» делают на свой страх и риск.

Рис. 2.47. Схемы «низковольтного» подключения пьезокерамических излучателей к MK

(начало):

а) резистор R1 практически не уменьшает громкость звука, но защищаетлинию MK и ограничивает импульсный ток заряда эквивалентной ёмкости пьезоизлучателя HA1\

б) аналогично Рис. 2.47, а, но с подключением пьезоизлучателя HA1 не к общему проводу, а к источнику питания;

в) последовательно включённый конденсатор C1 снижает общую ёмкостную нагрузку. Его подбором можно видоизменить тембровую окраску звучания. Запараллеливание линий MK повышает отдаваемую мощность и громкость звука. В программе MK следует синхронно переключать оба выхода, чтобы они не конфликтовали друг с другом. Параллельное соединение выходов MK, а также защита их диодами VD1, VD2, допускается и в других схемах с пьезоизлучателями;

г) повышение громкости звучания за счёт удвоения амплитуды напряжения на пьезоизлучателе HAL Сигналы на линиях MK должны быть противофазными. Если частота или фаза двух сигналов будут отличаться, то звук станет немного тише по громкости, но приобретёт дополнительную тембровую окраску из-за суммарно-разностных составляющих;

д) кнопка SB1 позволяет оперативно уменьшать громкость звука. Насколько много — регулируется резистором R2\

е) трёхвыводной пьезоизлучатель HA1 состоит из двух пьезоблоков с общим выводом . Если крайние выводы пьезоизлучателя распараллелить, то громкость звука будет ниже; О

ж) противофазные сигналы на линиях MK увеличивают громкость звука трёхвыводного пьезоизлучателя HA1, поскольку внутренние пьезоблоки у последнего включены встречно;

з) транзистор VT1 защищает MK от перенапряжений ценой расхода тока на резисторах R1, R2. Если в пьезоизлучателе HA1 одна из обкладок является металлической пластиной, то именно её соединяют с общим проводом. Так рекомендуется делать и в других подобных схемах;

и) катушка индуктивности L1 повышает громкость звучания (накопление энергии);

к) удвоение амплитуды напряжения на пьезоизлучателе HA1 противофазными сигналами с выходов микросхемы DD1 (замена 74AC04). Достоинство — нужен всего лишь один выход MK.

Рис. 2.48. Схемы «высоковольтного» подключения пьезокерамических излучателей к MK

(начало):

а)трансформатор T1 увеличивает амплитуду напряжения на пьезоизлучателе HA1 до 25 В. Первичная обмотка трансформатора содержит 70…100 витков провода ПЭВ-0.15, вторичная —

500..       .1000 витков провода ПЭВ-0.07…0.1, намотанных на ферритовом кольце с внешним диаметром 7…10 мм;

б) увеличение громкости звука за счёт повышенного напряжения питания +12 В; О

О Рис. 2.48. Схемы «высоковольтного» подключения пьезокерамических излучателей к MK

(окончание):

в) увеличение амплитуды напряжения на пьезоизлучателе HA1 происходит из-за повышенного питания +9…+ 12 В, а также из-за наличия резонансных явлений в параллельном контуре, образованном индуктивностью1/и эквивалентной ёмкостью пьезоизлучателя HA1. Резистор R3 ограничивает ток через L1 при открытом транзисторе K77, а резистор R1 снижает добротность параллельного контура и выбросы напряжения;

г) увеличение амплитуды напряжения на пьезоизлучателе HA1 за счёт автотрансформаторного включения катушки индуктивности L1 и повышенного питания. Диод VD1 защищает транзистор VT1 от всплесков обратного напряжения. Катушка индуктивности L1 наматывается на сердечнике Шбхб от трансформатора транзисторного радиоприёмника и содержит 1000 витков провода ПЭВ-0.06 с отводом от пятой части;

д) доступны три режима работы. Во-первых, с полной громкостью звука (VT1, VT2 работают в противофазе), во-вторых, с уменьшенной громкостью звука (VT1 работает, ГТ2открыт или VT2 работает, VT1 открыт), в-третьих, в режиме смесителя звука(К77, ИГ2попеременно открываются с разными частотами или фазами сигналов);

е) подключение «телефонного» пьезоизлучателя HA1 к источнику повышенного напряжения через связку транзисторных ключей VT1, VT2. Источник питания +60 В можно взять отдельный, а можно использовать напряжение телефонной линии общего пользования.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты