Schnittstelle Piezoelektrischer Wafer-Summer mit Mikrocontroller

Nein, was Sie zeigen, muss anders angesteuert werden als ein "Summer". Es ist kein Summer, nur ein Piezo-Wandler. Diese Dinger schwingen nicht von alleine. Sie müssen es mit dem Signal ansteuern, das Sie aussenden möchten, und nicht nur Strom wie bei einem Summer anlegen.

Um zu wissen, wie man diesen Summer antreibt, lesen Sie sein Datenblatt. Der Lieferant, bei dem Sie diese gekauft haben, sollte in der Lage sein, ein Datenblatt bereitzustellen. Wenn nicht, würde ich ihnen nicht vertrauen.

Wenn Sie kein Datenblatt für diese Teile bekommen können, schauen Sie sich auf den Websites seriöser Anbieter nach etwas Ähnlichem um. Das gibt dir zumindest eine grobe Vorstellung.

Piezoelemente sehen für die Ansteuerschaltung meist kapazitiv aus, können aber auch Rückschlag wie Induktoren aufweisen und hohe Spannungen erzeugen, wenn sie mechanischen Stößen ausgesetzt werden.

Schließen Sie für den Anfang eine davon zwischen einem Mikrocontroller-PWM-Ausgangspin und Masse an. Fügen Sie Sperr-Schottky-Dioden zu Strom und Masse hinzu, um den Ausgang des Mikrocontrollers zu schützen. Fahren Sie es mit einer 1-kHz-Rechteckwelle und sehen Sie, was Sie bekommen. Schauen Sie sich die Spannung an und sehen Sie, wie sauber sie noch ist, nachdem sie vom Piezo geladen wurde. Wenn es ein Durcheinander ist, dann ist das ein guter Hinweis darauf, dass der Mikroausgang nicht stark genug ist, um den Piezo bei dieser Spannung gut anzutreiben.

Sie können versuchen, einen doppelten Emitterfolger (NPN und PNP) an den Ausgang eines Operationsverstärkers anzulegen, um den Piezo von einer höheren Spannung und mit niedrigerer Impedanz anzusteuern. Was Sie zeigen, kann wahrscheinlich einige 10 Volt ohne Schaden aushalten, aber ohne Datenblatt wissen wir natürlich nicht wirklich, wo die Grenzen liegen.

Messen Sie zuerst die Kapazität - das ist der wichtigste Parameter für den Antrieb. Wahrscheinlich ein paar Dutzend nF. Der andere Parameter ist die Resonanzfrequenz, die jedoch durch das Design des Hohlraums beeinflusst wird, in dem Sie sie montieren. Die akustische Leistung wird auch stark vom Hohlraumdesign und der Montagemethode beeinflusst.

Der Vibrationsmodus dieser Art von Element ist Öldosen, daher gibt es eine mechanische Nulllinie, die einen mit dem Element konzentrischen Kreis bildet. Üblicherweise versuchen wir, am Nullpunkt eine angespritzte Kunststoffschneide für die Montage zu verwenden, um die Element/Hohlraum-Resonanz nicht zu sehr zu dämpfen.

Es ist vorzuziehen, keinen Gleichstrom über die Elemente zu legen, damit Sie sie mit einem GPIO-Pin und einem Reihenkondensator (bis zu einem gewissen Lautstärkepegel) ansteuern können. Die einzige Gefahr besteht darin, dass durch Schocken des Elements (z. B. Antippen) Spannung erzeugt wird (wie bei einem Piezo-Grillfeuerzeug), die möglicherweise die MCU beschädigen könnte. Sie können dort einige Schottky-Dioden schlagen (z. B. BAT54).

Eine andere Methode, mit der Sie mehr Lautstärke erhalten, besteht darin, Gegentakt mit zwei Ausgängen anzusteuern (in diesem Fall benötigen Sie den Serienkondensator möglicherweise nicht, wenn Sie beide in den gleichen Zustand schalten, wenn sie ausgeschaltet sind). In diesem Fall könnten Sie 2 BAT54-Doppeldioden verwenden.

Für mehr Ansteuerspannung und -strom können Sie einen oder zwei (Gegentakt-)MOSFET-Gate-Treiber verwenden, die kostengünstig und für die Ansteuerung großer kapazitiver Lasten ausgelegt sind. Sie verschieben auch die Spannung, sodass Sie vielleicht 60 Vpp von einer Niederspannungsquelle treiben können. Das erreicht wahrscheinlich den ohrenbetäubenden Schalldruckpegel von 100 dB+ bei guter Montage und Hohlraumdesign, vorausgesetzt, ein relativ großes Element (20-25 mm). Die typische Nennspannung beträgt 30 V, das wäre also genau am Limit.

Probieren Sie einfach Folgendes aus:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Mit einer Frequenz von 1kHz-5kHz. Ja, es legt Gleichstrom über das Element, aber es wird ihm für einige Tests nicht schaden.

Sie können die Frequenz wobbeln und die Resonanzfrequenz des blanken Elements bestimmen.

Übrigens, Hardware-PWM gibt Ihnen nicht das, was Sie wollen. Es ändert das Tastverhältnis mit einer festen Grundfrequenz. Sie müssen die Grundfrequenz ändern. Typischerweise (es variiert je nach Mikro) kann dies mit dedizierter Frequenzerzeugungshardware oder einfach durch Neuladen eines Vergleichszeitgebermoduls (die meisten PICs tun dies gut) durch einen Interrupt erfolgen. Der Timer schaltet den Ausgangspin in der Hardware direkt um, sodass fast kein Jitter auftritt, vorausgesetzt, die Interrupt-Service-Routine kann den Vergleichswert neu laden, bevor der nächste Übergang erfolgt. Bei einer 5-kHz-Ausgabe haben Sie nur alle 100 Sekunden Flanken, daher bleibt ziemlich viel Zeit, um den Vergleich neu zu laden.