Принцип работы пьезоэлектрического зуммера и основы выбора продукции

1. Что на самом деле представляет собой пьезоэлектрический зуммер

A пьезоэлектрический зуммерпредставляет собой звукогенерирующий компонент, построенный на основе пьезоэлектрического керамического элемента. Когда на керамику подается напряжение, материал меняет форму на микроскопическую величину. При правильной частоте повторяющиеся изгибы выталкивают воздух и издают звуковой сигнал. В отличие от говорящего,пьезоэлектрический зуммердля работы не требуется подвижная катушка или постоянный магнит, что является основной причиной того, что он остается небольшим, тонким и энергоэффективным.

Самая простая форма — это голый пьезоэлектрический диск, часто называемый элементом зуммера, который приводится в движение с помощью схемы внешнего генератора. Более распространенной формой для продуктовых дизайнеров является упакованныйпьезоэлектрический зуммерэто уже включает в себя керамику, диафрагму и, во многих случаях, электронику привода — все внутри герметичного корпуса. Понимание этого разделения является первым шагом в любом проекте выбора пьезоэлектрического зуммера.

2. Как работает пьезоэлектрический зуммер

Принцип работы А.пьезоэлектрический зуммерсводится к одному физическому свойству и небольшому количеству вспомогательных схем.

2.1 Пьезоэлектрический эффект

Некоторые керамические кристаллы приобретают внутренний электрический заряд при механическом воздействии и деформируются при приложении электрического поля. Апьезоэлектрический зуммериспользует вторую половину этого соотношения: переменное напряжение заставляет керамику растягиваться и сжиматься тысячи раз в секунду. Керамика соединена с тонкой металлической диафрагмой, поэтому диафрагма вибрирует вместе с ней и излучает звук.

Поскольку движение составляет всего несколько микрон, движущаяся масса внутрипьезоэлектрический зуммеркрошечный, который сохраняет всепьезоэлектрический зуммерлегкий и быстрый ответ. Вот почему пьезоэлемент может включаться практически мгновенно и потреблять очень небольшой ток по сравнению с устройством на основе катушки аналогичного размера.

2.2 Пассивная и активная внутренняя схема

Существует два практических семейства пьезоэлектрических зуммеров, и разница имеет значение для вашей спецификации материалов:

• Пассивный пьезоэлектрический зуммер(иногда называемый пьезоэлементом или частью внешнего привода): он не содержит генератора. Вы должны подать прямоугольный сигнал на желаемой частоте. Это дает вам полный контроль над высотой тона и позволяетпьезоэлектрический зуммерсыграть несколько тонов.
• Активный пьезоэлектрический зуммер(внутренний привод): имеет встроенный генератор и схему возбуждения. Подайте номинальное напряжение постоянного тока ипьезоэлектрический зуммерэтого типа сам по себе издает фиксированный тон. Это более простой вариант, если вам нужен только один звуковой сигнал.

Для любого типа резонансная частота керамики устанавливает естественную, самую громкую рабочую точку. Вождениепьезоэлектрический зуммерРядом с этой частотой вы получаете лучший уровень звукового давления при наименьшей мощности, потребляемой от источника питания. Для любого пьезоэлектрического зуммера поддержание резонанса является самым важным фактором, влияющим на громкость.

2.3 Ключевые параметры производительности

Четыре числа описывают почти каждый пьезоэлектрический зуммер, который вы будете оценивать, и вместе они предсказывают, как пьезоэлектрический зуммер будет работать в вашем продукте:

• Номинальное напряжение— источник питания, на который рассчитана деталь, обычно 3 В, 5 В или 12 В постоянного тока.
• Резонансная частота— частота, на которой выходной сигнал наиболее силен, обычно 2–5 кГц для мелких деталей.
• Уровень звукового давления (SPL)— громкость на фиксированном расстоянии, измеряемая в децибелах.
• Текущее потребление— обычно несколько миллиампер, что намного ниже электромагнитного эквивалента.

A пьезоэлектрический зуммеркоторый внешне выглядит идентичным другому, может вести себя совершенно по-разному после сравнения этих четырех значений, поэтому всегда читайте их вместе, а не по отдельности.

3. Пьезоэлектрический и электромагнитный зуммер

Конструкторы часто выбирают между пьезоэлектрическим зуммером и электромагнитным (катушкой) зуммером, и компромиссы решают, какой пьезоэлектрический зуммер подходит для данного продукта. Они не взаимозаменяемы, поэтому таблицу ниже при выборе стоит держать открытой.

A пьезоэлектрический зуммеробычно это правильный выбор, когда бюджет мощности и пространство на плате ограничены. Если вам нужен более глубокий, низкочастотный звук, электромагнитная часть все равно может оказаться выигрышной, но для большинства случаев оповещения и уведомлений пьезочасти являются более экономичным выбором.

4. Как читать спецификации

Цифры в таблице данных помогут только в том случае, если вы знаете, что они означают на практике для пьезоэлектрического зуммера.

4.1 Номинальное напряжение и допуски

Сопоставьте номинальное напряжение пьезоэлектрического зуммера с напряжением вашей питающей шины. Многие мелкие детали бытовой электроники имеют напряжение 3 В или 5 В; Детали на 12 В широко распространены в промышленном и автомобильном оборудовании. Сохраняйте некоторый запас и избегайте длительного перенапряжения, которое подвергает керамику нагрузке и сокращает срок службы пьезоэлектрического зуммера.

4.2 Резонансная частота и уровень звукового давления

Уровень звукового давления почти всегда указывается на резонансной частоте. Если вы водитепьезоэлектрический зуммервнерезонанса, ожидайте, что громкость пьезоэлектрического зуммера упадет. Для сигнала тревоги выберите частоту в самой чувствительной части человеческого слуха (примерно 2–4 кГц) и подтвердите уровень звукового давления на фактической частоте вашего привода, а не только на номере заголовка на странице.

4.3 Рабочая температура и соответствие экологическим требованиям

Проверьте диапазон рабочих температур пьезоэлектрического зуммера в зависимости от того, где будет находиться изделие. Уличное, автомобильное и промышленное оборудование нуждается в более широком диапазоне, чем офисное оборудование. Для рынков с ограничениями по веществам подтвердите соблюдениеРоХСиДОСТИГАТЬ; Детали MEIDI производятся подИСО 9001иИСО 14001системы управления качеством и окружающей средой.

5. Ассортимент пьезоэлектрических зуммеров MEIDI

В таблице ниже показан репрезентативный фрагмент реальных пьезодеталей MEIDI из семейств пассивных, активных и SMD. Точные значения взяты из текущего каталога продукции и могут быть полезны в качестве отправной точки при выборе пьезоэлектрического зуммера для новой платы. Каждый пьезоэлектрический зуммер, представленный ниже, представляет собой серийную деталь, а не изготовленную по индивидуальному заказу.

В этот ассортимент входят низковольтные потребительские детали, промышленные детали на 12 В, а также тонкие варианты SMD для плотных печатных плат. Для голых приводных элементов компания MEIDI также поставляет пьезоэлектрические диски, такие как FT-27T-4.0B1-C25, резонансные на частоте 4,0±0,5 кГц, которые в случае голого привода соединяются с отдельной схемой привода.пьезоэлектрический зуммерэлемент лучше подходит.

6. Основы выбора: подбор пьезоэлектрического зуммера для вашего применения

Хороший выбор пьезоэлектрического зуммера — это, по большей части, процесс сужения поля с учетом четырех ограничений.

6.1 Компактные и SMD-конструкции

Когда плата переполнена, пьезоэлектрический зуммер SMD, такой как серия MLT, удерживает динамик за пределами бюджета по высоте, и такой тонкий пьезоэлектрический зуммер часто является единственным подходящим вариантом. Эти детали ровно сидят на печатной плате и выдерживают оплавление, что упрощает автоматическую сборку и снижает вероятность ошибки при ручном размещении.

6.2 Приложения сигнализации с высоким уровнем звукового давления

Для получения громких сигналов обратите внимание на активные детали с напряжением 12 В и уровнем звукового давления 90 дБ или выше, например HND-2316 или HND-4216. Помните, что уровень звукового давления быстро падает, как только вы перемещаетепьезоэлектрический зуммервдали от его резонансной частоты, поэтому поддерживайте частоту привода близкой к каталожному значению, чтобы сохранить громкость, за которую вы заплатили.

6.3 Устройства с батарейным питанием и слаботочные устройства

A пьезоэлектрический зуммерздесь это естественный выбор. Пассивные детали на 3–5 В потребляют всего несколько миллиампер, поэтому почти не касаются батареи. Соедините пассивныйпьезоэлектрический зуммерс маломощным выходом ШИМ микроконтроллера, и вы можете контролировать тон и рабочий цикл без специального звукового чипа.

6.4 Промышленные системы 12 В

В оборудовании, работающем на шинах 12 В, следует напрямую использовать детали, рассчитанные на напряжение 12 В. HNR-2207, HNR-2310A и активное семейство HND созданы для таких условий и имеют более широкий диапазон рабочих температур, который требуется многим промышленным продуктам. Выбор 12 Впьезоэлектрический зуммерзаранее позволяет избежать регулятора и связанных с ним потерь.

7. Распространенные ошибки при выборе пьезоэлектрического зуммера

• Предполагая, что любой зуммер соответствует любому напряжению.Деталь 5 В на шине 12 В выйдет из строя раньше времени. Соответствуйте номинальному напряжениюпьезоэлектрический зуммерпервый.
• Цитирование SPL на неправильной частоте.Показатель громкости действителен при резонансе; внерезонанса он падает. Подтвердите уровень SPL вашегопьезоэлектрический зуммерна той частоте, на которой вы фактически будете ездить.
• Игнорирование пассивной и активной разницы.Пассивныйпьезоэлектрический зуммернужен внешний источник звука. Подключите его к голому GPIO без генератора, и вы ничего не услышите.
• Забыли температурный диапазон.Деталь, рассчитанная на +60 °C, не выдержит горячего корпуса, поэтому перед выполнением работ проверьте диапазон вашего пьезоэлектрического зуммера.

8. Зачем работать с опытным производителем пьезоэлектрических зуммеров

Выбор подходящего пьезоэлектрического зуммера – это только половина дела. Производитель, который имеет на складе широкий ассортимент пьезоэлектрических приборов, обеспечивает постоянные сроки выполнения заказов и может предоставить полные спецификации и документацию о соответствии, сокращает ваш квалификационный цикл. Компания MEIDI поставляет компоненты зуммеров экспортным клиентам в течение 15 лет, производство которых началось на нашем заводе в 2011 году, и поддерживает соответствие RoHS и REACH действующим системам ISO 9001 и ISO 14001.

Когда вы отправляете целевой уровень звукового давления, напряжение и бюджет пространства, опытный партнер обычно может указать две или три детали из каталога, которые уже соответствуют требованиям, вместо того, чтобы начинать индивидуальный проект с нуля. В этом практическая ценность выборапьезоэлектрический зуммерпоставщик с широким спектром пассивных, активных и SMD линий.

9. Часто задаваемые вопросы

Может ли пьезоэлектрический зуммер издавать разные звуки?

Да, если это пассивный тип. Пассивныйпьезоэлектрический зуммерне имеет внутреннего генератора, поэтому внешняя схема управляет частотой, и вы можете генерировать несколько тонов или мелодию. Активный тип издает один фиксированный сигнал при включении.

Почему мой пьезоэлектрический зуммер такой тихий?

Наиболее распространенной причиной является выход его из резонансной частоты, при котором уровень звукового давления резко падает. Убедитесь, что частота привода соответствует резонансной частоте, указанной в таблице данных, и убедитесь, что напряжение питания соответствует номинальному значению для этого.пьезоэлектрический зуммер.

Пьезоэлектрический зуммер лучше электромагнитного?

Для малой мощности и тонких профилейпьезоэлектрический зуммеробычно лучше, и пьезоэлектрический зуммер также имеет тенденцию пережить часть катушки во влажных условиях. Электромагнитный зуммер может давать более насыщенный низкочастотный звук, но потребляет больше тока и располагается выше. Правильный выбор зависит от вашей мощности и ограничений в пространстве.

Нужна ли пьезоэлектрическим зуммерам схема управления?

Активные типы включают в себя драйвер и требуют только питания постоянного тока. Пассивным типам, включая голый пьезоэлектрический диск, для создания звука требуется внешний генератор или выход ШИМ микроконтроллера.

Какое напряжение выбрать для пьезоэлектрического зуммера?

Соответствуйте вашей системной направляющей. Используйте детали на 3–5 В для аккумуляторных и бытовых устройств и детали на 12 В для промышленного оборудования. Никогда не превышайте номинальное напряжение для продолжительной работы, так как со временем это приводит к разрушению керамики.

Соответствуют ли пьезоэлектрические зуммеры MEIDI нормам, касающимся веществ?

Пьезодетали MEIDI поставляются в соответствии с RoHS и REACH и производятся в соответствии с системами ISO 9001 и ISO 14001.

10. Заключение

A пьезоэлектрический зуммерЭто обманчиво простая деталь, но разница между чистым, громким оповещением и слабым, ненадежным почти всегда заключается в деталях выбора: согласовании напряжения, выравнивании резонансной частоты и правильном корпусе для вашей платы. Начните с ограничений приложения, используйте приведенные выше таблицы параметров в качестве контрольного списка и подтвердите документы о соответствии, прежде чем приступать к сборке. Если вы все еще не уверены, какойпьезоэлектрический зуммерподходит, сообщите свое напряжение, уровень звукового давления и бюджет на пространство, и наша команда подберет пьезоэлектрический зуммер в точном соответствии с вашими потребностями.