Повышающий трансформатор для пьезоизлучателя

Содержание

Простая схема увеличения акустического выхода пьезоэлектрического преобразователя
Knowles SPW2430HR5H-B
Умножитель напряжения для питания пьезоизлучателя
Повышающий трансформатор для пьезоизлучателя
Кто сейчас на форуме

Простая схема увеличения акустического выхода пьезоэлектрического преобразователя

Knowles SPW2430HR5H-B

Для увеличения акустической мощности пьезодинамика или ультразвукового преобразователя было предложено много разных идей. Большинство из них основано на довольно сложных схемах, увеличивающих общую стоимость решения; например, повышение низкого напряжения питания логики до более высокого напряжения или использование H-моста.

Напротив, в этой статье показано, как можно увеличить акустическую мощность пьезоэлектрического преобразователя, минимизировав количество деталей и стоимость. Прежде чем мы приступим к обсуждению нового подхода, давайте рассмотрим некоторые из наиболее часто используемых пьезоакустических схем и их недостатки.

Простейшая схема драйвера пьезоэлемента состоит из преобразователя и ключевого транзистора (Рисунок 1). Напряжение на преобразователе не может быть больше напряжения источника питания, которое и определяет верхний предел акустической мощности. Резистор R2 служит для разряда емкости преобразователя. Постоянная времени RC должна быть короткой относительно периода резонансной частоты преобразователя. Низкие сопротивления резисторов снижают электрический КПД при гашении механического (акустического) резонанса преобразователя, что, конечно, снижает акустическую эффективность.


Рисунок 1.	Хотя такая схема управления пьезоизлучателем проста, она очень неэффективна.

Самым распространенным способом усовершенствования является замена R2 дросселем, как показано на Рисунке 2.


Рисунок 2.	Замена резистора R2 дросселем увеличивает акустическую мощность и КПД.

Величину индуктивности часто выбирают такой, чтобы получить электрический резонанс с емкостью преобразователя (излучателя) при акустическом резонансе преобразователя. Этот подход может обеспечить более высокую акустическую мощность, чем параллельный резистор, однако он оставляет еще множество возможностей для улучшения. В лучшем случае пиковое напряжение на преобразователе может достигать 40 В, тогда как более типичное значение при напряжении питания 5 В составляет 20 В.

Это связано с тем, что переход коллектор-база транзистора смещен в прямом направлении во время отрицательной полуволны напряжения на параллельном резонансном контуре, образованном индуктивностью и емкостью преобразователя, что ограничивает размах напряжения, уменьшая акустический выход.


Рисунок 3.	Использование диода может устранить отрицательные выбросы.

Добавление диода изолирует переход коллектор эмиттер (или, если используется MOSFET, переход паразитного диода) от этой отрицательной полуволны, обеспечивая намного больший размах напряжения на преобразователе и увеличивая акустическую мощность (Рисунок 3). Хотя прямое напряжение диода снижает приложенное напряжение питания, повышенное напряжение при резонансе более чем компенсирует эту небольшую потерю.

Чтобы добиться каких-либо дальнейших улучшений, мы должны учесть, что на самом деле в этой небольшой системе существуют два резонанса:

Акустический резонанс преобразователя, механический и объемный резонансы.
Электрический резонанс индуктивности и емкости преобразователя.

Частота электрического резонанса не обязательно должна совпадать с частотой акустического резонанса. На самом деле, если она примерно в 2 раза больше, чем частота акустического резонанса, пиковое напряжение на преобразователе может быть значительно увеличено.


Рисунок 4.	*Иллюстрация поведения схемы в реальных условиях.*

Это иллюстрируется Рисунком 4, где осциллограммы получены при следующих параметрах схемы:

Напряжение источника питания: 5 В DC;
Индуктивность: L1 – 3.2 мГн;
Емкость пьезопреобразователя: 2 нФ;
Частота источника сигнала (40 кГц) равна резонансной частоте излучателя;
Коэффициент заполнения импульсов источника сигнала подобран так, чтобы исключить большие выбросы тока при включении.

Обратите внимание, что пункт 5 обозначает потенциальную проблему, скрывающуюся в этом новом решении, которую необходимо устранить. Если источник сигнала может включать транзистор после того, как напряжение преобразователя становится положительным, будет происходить мощный короткий выброс тока, который способен снизить электрический КПД и потенциально со временем разрушить транзистор. Увеличение коэффициента заполнения, чтобы транзистор включался, когда резонансное напряжение слегка отрицательное, позволяет устранить этот выброс.

После того, как мы все обсудили, давайте посмотрим, как наша схема ведет себя в реальной жизни, используя для этого удобный четырехканальный интеллектуальный осциллограф:

Желтый – управляющее напряжение с пиковым значением 5 В, частотой 40 кГц и коэффициентом заполнения примерно 48%;
Фиолетовый – напряжение на преобразователе при электрическом резонансе: 92 В пик-пик, 80 кГц;
Зеленый – эмиттерный ток транзистора с пиковым уровнем примерно 80 мА и частотой 40 кГц;
Синий – акустическая мощность преобразователя, измеренная МЭМС микрофоном.

Высокое пиковое напряжение на преобразователе достигается за счет использования дросселя с индуктивностью меньшей, чем требуется для резонанса на частоте 40 кГц, что позволяет току возрастать примерно в два раза быстрее. В рассматриваемом примере это обеспечивает удвоенный ток для «зарядки» магнитного поля дросселя.

В данной системе это приводит к большему смещению поверхности преобразователя, и, соответственно, увеличивает акустическую мощность.

Эту статью не следует рассматривать как исчерпывающий трактат по резонансным схемам. Она просто демонстрирует процедуру, позволяющую с помощью очень простой и недорогой схемы увеличить акустическую мощность любого резонансного пьезоэлектрического преобразователя или излучателя.

Кратко эту процедуру можно изложить следующим образом:

Определяем частоту акустического резонанса преобразователя;
Формируем последовательность управляющих импульсов такой же частоты, начиная с коэффициента заполнения 50%;
При необходимости регулируем коэффициент заполнения, чтобы убрать выбросы тока при включении;
Определяем значение емкости преобразователя;
Выбираем такое значение индуктивности, с которым частота электрического резонанса будет примерно вдвое выше частоты акустического резонанса.

Смоделировать представленную здесь акустическую/ электрическую схему в симуляторе может быть непросто, поскольку преобразователь содержит два или более потенциально резонансных элемента. К ним относятся механически резонанс преобразовательного элемента, акустический резонанс корпуса преобразователя (называемый резонансом Гельмгольца) и, конечно же, электрический резонанс емкости преобразователя с внешней индуктивностью.

Акустическая нагрузка излучением из порта преобразователя или его диафрагмы добавляет еще одну сложность к моделированию. Простое электрическое моделирование этой схемы дает на преобразователе 240 В пик-пик, что больше удвоенного напряжения, полученного в реальной схеме. Причиной большей части потерь, снижающих пиковое напряжение преобразователя в этой системе по сравнению с моделируемыми результатами, может быть акустическая нагрузка.

С помощью этой простой процедуры можно с минимальными затратами времени и сил легко добиться максимальной акустической мощности преобразователя.

Источник

Умножитель напряжения для питания пьезоизлучателя

Пьезоэлектрические преобразователи широко используются в ультразвуковых измерительных устройствах и в акустических оповещателях охранной сигнализации. Для получения от преобразователя достаточной звуковой мощности нужно, во первых, подавать напряжение с частотой, близкой к частоте его резонанса, а во вторых, амплитуда этого напряжения должна быть как можно ближе к максимально допустимой для используемого прибора.

Для питания преобразователя чаще используют схему с трансформатором, работающую на резонансной частоте. Но для того, чтобы создать и оптимизировать такую схему, придется потратить немало времени и сил. Однако возможно сделать и бестрансформаторную схему. Пример подобной схемы изображен на Рисунке 1.

Пять инверторов и утроитель напряжения управляют пьезоэлектрическим преобразователем.

Задающий генератор собран на микросхеме триггера Шмитта IC_1A. Частота устанавливается резистором R₁ и конденсатором C₁. Для точной настройки на частоту резонанса преобразователя следует подбирать номиналы обоих компонентов. Можно заменить R₁ подстроечным резистором и подстраивать частоту с его помощью, добиваясь максимального напряжения на преобразователе.

Драйвер собран на пяти инверторах IC_1B … IC_1F. Диоды D₁ и D₂, вместе с окружающими их компонентами, образуют утроитель напряжения. На транзисторе Q₂ сделан усилитель, а на транзисторах Q₁ и Q₃ – драйвер пьезопреобразователя.

Генератор можно заменить микроконтроллером. Схема работает при напряжении питания не превышающем 10 В. Ее можно использовать и в системах с питанием 3.3 В, но тогда микросхему для генератора и драйверов нужно будет заменить на инвертор 74HC14. Если потребуется еще больше увеличить размах напряжения на преобразователе, можно подключить дополнительный удвоитель напряжения.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Источник

Повышающий трансформатор для пьезоизлучателя

Вот так еще можно.
ж. Радио 8-1993 г
стр. 39

Вложения:

Пьезоизлучатель.JPG [325.59 KiB]
Скачиваний: 17831

Вернуться наверх

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Друг Кота

Карма: 52
Рейтинг сообщений: 846
Зарегистрирован: Вт сен 07, 2010 03:01:06
Сообщений: 16548
Откуда: Moscow-Izmaylovo
Рейтинг сообщения: 0

мультиметры
MY-68

UT-10

как в разы увеличить громкость зуммера

я его уже перелепил на переднюю часть и проделал отверстие
это не особо помогло

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Это не хвост, это антенна

Карма: 38
Рейтинг сообщений: 254
Зарегистрирован: Вс дек 11, 2011 05:43:30
Сообщений: 1327
Откуда: Екатеринодар
Рейтинг сообщения: 0

Построение источников бесперебойного питания с двойным преобразованием, широко используемых в современных хранилищах данных, на базе карбид-кремниевых MOSFETs производства Wolfspeed позволяет уменьшить мощность потерь в них до 40%, а также значительно снизить занимаемый ими объем и стоимость комплектующих.

Друг Кота

_________________
Лечу лечить WWW ашу покалеченную технику.

Компэл объявляет о значительном расширении складского ассортимента продукции Connfly. Универсальные коммутирующие компоненты, соединители и держатели Connfly сочетают соответствие стандарту ISO9001:2008, высокую доступность и простоту использования. На текущий момент на складе Компэл – более 300 востребованных на рынке товарных наименований с гибкой ценовой политикой.

Это не хвост, это антенна

Друг Кота

Карма: 88
Рейтинг сообщений: 2250
Зарегистрирован: Пт май 18, 2007 22:56:58
Сообщений: 23779
Рейтинг сообщения: 0

_________________
() Паяю только медным жалом.
_/\_ . . А не вступить ли мне в секту любителей «TS100»?

Друг Кота

в общем пьезо пищаялка там стоит
пробовал иные ставить
размером по более

в место неё, но результат не лучший.

_________________
Лечу лечить WWW ашу покалеченную технику.

Это не хвост, это антенна

Друг Кота

_________________
Лечу лечить WWW ашу покалеченную технику.

Мудрый кот

Карма: 60
Рейтинг сообщений: 2838
Зарегистрирован: Чт сен 09, 2010 07:32:24
Сообщений: 1837
Откуда: г. Рыбинск
Рейтинг сообщения: 0

Виноградов Ю. Повышение громкости звучания пьезоизлучателя Радио N-8 1993 с.39

P.S. Такой приём (с катушкой индуктивности) использовался в электронных наручных часах.

Друг Кота

во только не забываем, что выход для пьезоматюгальника берётся из процика.
а как мы знаем у катушке индуктивности имеется некоторая накопленная энергия после прохождения через неё тока.
в сою очередь, это могёт убить процик, что не есть хорошо.

в общем для 68 сделал схемку взятую от сюда

для 10
подобрал матюгальничек от мобильничка.

Возможно вместе с этим возрос ток потребления во время бибикания.

_________________
Лечу лечить WWW ашу покалеченную технику.

Поставщик валерьянки для Кота

Карма: 10
Рейтинг сообщений: 39
Зарегистрирован: Ср мар 14, 2007 01:50:10
Сообщений: 2167
Рейтинг сообщения: 0

Подскажите несложную схему для усиления звука пьезика.

Тема дубль.
Сюда перенес.
aen

Опытный кот

Карма: 12
Рейтинг сообщений: 6
Зарегистрирован: Вт окт 27, 2009 21:27:21
Сообщений: 764
Откуда: Ульяновск
Рейтинг сообщения: 0

Поставщик валерьянки для Кота

Карма: 10
Рейтинг сообщений: 39
Зарегистрирован: Ср мар 14, 2007 01:50:10
Сообщений: 2167
Рейтинг сообщения: 0

Модератор

Карма: 46
Рейтинг сообщений: 232
Зарегистрирован: Чт окт 27, 2005 18:50:07
Сообщений: 11174
Откуда: из мест не столь отдалённых
Рейтинг сообщения: 0
Медали: 2

Друг Кота

_________________
Лечу лечить WWW ашу покалеченную технику.

Родился

Зарегистрирован: Сб авг 10, 2013 20:03:15
Сообщений: 2
Рейтинг сообщения: 0

Здравствуйте. Мне нужно собрать простую, но громкую пищалку. Ну примерно как в будильнике. Нашел в интернете такую схему:

==
Наипростейшая схема пищалки. Делается она очень просто нам нужно достать два транзистора один типа NPN и один PNP. Узнать это можно очень просто в гугле пишем название транзистора и скачиваем даташит. Пишем в гугле как пример s9014 datasheet. Как пример можно использовать КТ315 и КТ361, BC33740 и BC32740 я использовал S9014,BF421. В моей сборке я расскажу, как собрать на этих транзисторах. Итак, нам понадобится:

-Динамик.
-Батарейка 1.5 в я использовал 3в разница не большая можно любую.
-Два транзистора (мои S9014,BF421).
-Переменный резистор тоже нет ограничений.
-Кнопка или тумблер.
-Конденсатор от 10 до 100 нф(10 нф 103)

Приступим, берём динамик припаиваем его минус к минусу батарейки, плюс батарейки мы припаиваем к эмиттеру «пнп» транзистора в моем случаи это bf421. Далее базу «пнп» транзистора мы припаиваем к коллектору «нпн» транзистора, а коллектор «пнп» транзистора к плюсу динамика. Затем к плюсу динамика мы припаиваем конденсатор, я брал 103 он на 10 нф. Ко второй ноге конденсатора мы припаиваем базу «нпн» далее к эмиттеру «нпн» транзистора мы припаиваем минус от динамика. Все, что нам осталось сделать это к базе «нпн» транзистора припаять первую ногу переменного резистора, а вторую ногу переменного резистора мы припаиваем к эмиттеру «пнп» транзистора. Если хотим делать кнопку то от минуса батарейки мы берем провод и разрезаем его то, что идет от батарейки мы припаиваем на первый контакт кнопки о то, что идет на динамик ко второму контакту кнопки.

Прблема в том что она слишком слабая. Собственно, у меня вопрос: какие детали нужно заменить, чтобы она работала, скажем от 6 или 9 вольтного аккумулятора? При этом чтобы работола максимально долго и была максимально громкой. Напишите ,пожалуйста пару разных вариантов. Буду очень благодарен.

Сюда перенес.
Почитайте данную тему с самого начала.

Друг Кота

есть магазин фикс по 36 или 37 р продают оконный пищатель

_________________
Лечу лечить WWW ашу покалеченную технику.

Родился

Зарегистрирован: Сб авг 10, 2013 20:03:15
Сообщений: 2
Рейтинг сообщения: 0

Страница 1 из 8

[ Сообщений: 156 ]

На страницу 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . 8 След.

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: Express, vovw и гости: 16

Источник