Jeśli projektujesz produkty takie jak sprzęt gospodarstwa domowego, panel bezpieczeństwa, domofon lub urządzenie peryferyjne komputera, możesz zdecydować się na użycie brzęczyka jako jedynego sposobu interakcji z użytkownikami lub jako część bardziej wyrafinowanego interfejsu użytkownika.
Autor: Bruce Rose, główny inżynier ds. zastosowań, urządzenia CUI
W obu przypadkach brzęczyk może być niedrogim i niezawodnym sposobem potwierdzania polecenia, wskazywania stanu sprzętu lub procesu, zachęcania do interakcji lub wszczynania alarmu.
Zasadniczo brzęczyk jest zwykle typu magnetycznego lub piezoelektrycznego.Twój wybór może zależeć od charakterystyki sygnału napędu, wymaganej mocy wyjściowej audio i dostępnej przestrzeni fizycznej.Możesz także wybierać pomiędzy typami wskaźników i przetworników, w zależności od żądanych dźwięków i dostępnych umiejętności projektowania obwodów.
Przyjrzyjmy się zasadom poszczególnych mechanizmów, a następnie rozważmy, czy typ magnetyczny czy piezoelektryczny (oraz wybór wskaźnika lub elementu uruchamiającego) będzie odpowiedni dla Twojego projektu.
Brzęczyki magnetyczne
Brzęczyki magnetyczne są zasadniczo urządzeniami zasilanymi prądem, zwykle wymagającymi do działania prądu o natężeniu większym niż 20 mA.Przyłożone napięcie może wynosić od 1,5 V do około 12 V.
Jak pokazano na rysunku 1, mechanizm składa się z cewki i elastycznego dysku ferromagnetycznego.Kiedy prąd przepływa przez cewkę, dysk jest przyciągany w stronę cewki i powraca do swojego normalnego położenia, gdy prąd nie przepływa.
To odchylenie dysku powoduje ruch powietrza w pobliżu, co ludzkie ucho interpretuje jako dźwięk.Prąd płynący przez cewkę jest określony przez przyłożone napięcie i impedancję cewki.
Rysunek 1. Budowa i zasada działania brzęczyka magnetycznego.
Brzęczyki piezoelektryczne
Rysunek 2 przedstawia elementy brzęczyka piezoelektrycznego.Dysk z materiału piezoelektrycznego jest podparty na krawędziach obudowy, a styki elektryczne są wykonane po obu stronach dysku.Napięcie przyłożone do tych elektrod powoduje odkształcenie materiału piezoelektrycznego, co powoduje ruch powietrza, który można wykryć jako dźwięk.
W przeciwieństwie do brzęczyka magnetycznego, brzęczyk piezoelektryczny jest urządzeniem zasilanym napięciem;napięcie robocze jest zwykle wyższe i może wynosić od 12 V do 220 V, a prąd jest mniejszy niż 20 mA.Brzęczyk piezoelektryczny modeluje się jako kondensator, natomiast brzęczyk magnetyczny modeluje się jako cewkę połączoną szeregowo z rezystorem.
Rysunek 2. Konstrukcja brzęczyka piezoelektrycznego.
W przypadku obu typów częstotliwość powstałego sygnału dźwiękowego jest określona przez częstotliwość sygnału sterującego i może być kontrolowana w szerokim zakresie.Z drugiej strony, podczas gdy brzęczyki piezoelektryczne wykazują w miarę liniową zależność pomiędzy siłą sygnału wejściowego i wyjściową mocą dźwięku, moc akustyczna brzęczyków magnetycznych gwałtownie spada wraz ze spadkiem siły sygnału.
Charakterystyka dostępnego sygnału sterującego może mieć wpływ na wybór brzęczyka magnetycznego lub piezoelektrycznego do danego zastosowania.Jeśli jednak kluczowym wymaganiem jest głośność, brzęczyki piezoelektryczne mogą zazwyczaj wytwarzać wyższy poziom ciśnienia akustycznego (SPL) niż brzęczyki magnetyczne, ale mają też zazwyczaj większą powierzchnię.
Wskaźnik lub przetwornik
Decyzja o wyborze typu wskaźnika lub przetwornika jest podejmowana w oparciu o zakres wymaganych dźwięków i konstrukcję powiązanych obwodów sterujących i sterujących brzęczykiem.
Wskaźnik jest wyposażony w obwody sterujące wbudowane w urządzenie.Upraszcza to projektowanie obwodów (rysunek 3), umożliwiając podejście typu plug-and-play w zamian za zmniejszoną elastyczność.Chociaż wystarczy przyłożyć napięcie stałe, można uzyskać jedynie ciągły lub pulsujący sygnał audio, ponieważ częstotliwość jest stała wewnętrznie.Oznacza to, że sygnały dźwiękowe o wielu częstotliwościach, takie jak syreny lub gongi, nie są możliwe w przypadku brzęczyków sygnalizacyjnych.
Rysunek 3. Brzęczyk wskaźnika wydaje dźwięk po przyłożeniu napięcia stałego.
Bez wbudowanych obwodów sterujących, przetwornik zapewnia elastyczność w zakresie uzyskiwania różnorodnych dźwięków przy użyciu różnych częstotliwości lub dowolnych kształtów fal.Oprócz podstawowych dźwięków ciągłych lub pulsacyjnych można generować dźwięki takie jak wielotonowe ostrzeżenia, syreny czy gongi.
Rysunek 4 przedstawia obwód aplikacyjny przetwornika magnetycznego.Przełącznik jest zazwyczaj tranzystorem bipolarnym lub FET i służy do wzmacniania przebiegu wzbudzenia.Ze względu na indukcyjność cewki, dioda pokazana na schemacie jest potrzebna do ograniczenia napięcia flyback w przypadku szybkiego wyłączenia tranzystora.
Rysunek 4. Przetwornik magnetyczny wymaga sygnału wzbudzenia, tranzystora wzmacniającego i diody, aby poradzić sobie z indukowanym napięciem zwrotnym.
Można zastosować podobny obwód wzbudzenia z przetwornikiem piezoelektrycznym.Ponieważ przetwornik piezoelektryczny ma niską indukcyjność, dioda nie jest wymagana.Jednakże obwód wymaga sposobu resetowania napięcia, gdy przełącznik jest otwarty, co można osiągnąć poprzez dodanie rezystora w miejsce diody, kosztem większego rozpraszania mocy.
Można również zwiększyć poziom dźwięku, podnosząc napięcie międzyszczytowe przyłożone do przetwornika.Jeśli użyjesz obwodu z pełnym mostkiem, jak pokazano na rysunku 5, przyłożone napięcie jest dwukrotnie większe niż dostępne napięcie zasilania, co daje około 6 dB wyższą wyjściową moc audio.
Rysunek 5. Użycie obwodu mostkowego może podwoić napięcie przyłożone do przetwornika piezoelektrycznego, co daje dodatkową moc dźwięku o 6 dB.
Wniosek
Brzęczyki są proste i niedrogie, a wybór ogranicza się do czterech podstawowych kategorii: magnetyczne lub piezoelektryczne, wskaźnikowe lub przetwornikowe.Brzęczyki magnetyczne mogą działać przy niższych napięciach, ale wymagają wyższych prądów sterujących niż typy piezoelektryczne.Brzęczyki piezoelektryczne mogą generować wyższy SPL, ale zwykle zajmują większą powierzchnię.
Brzęczyk wskaźnika można obsługiwać wyłącznie napięciem stałym lub wybrać przetwornik zapewniający bardziej wyrafinowane dźwięki, jeśli można dodać niezbędne obwody zewnętrzne.Na szczęście CUI Devices oferuje szeroką gamę brzęczyków magnetycznych i piezoelektrycznych, zarówno ze wskaźnikiem, jak i przetwornikiem, co jeszcze bardziej ułatwia wybór brzęczyka do Twojego projektu.
Czas publikacji: 12 września 2023 r
