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压电驱动电路 – 4 种常见设计技术

  • 发表时间:2021-08-30 10:07:33
  • 来源:压电驱动电路
  • 人气:29

关于压电驱动电路,我们经常需要测量温度、声压、机械应力等物理量。一个换能器是我们可以用它来测量这种量的任何设备。通常,换能器的作用是将机械信号转换为电信号。 

存在多种换能器,压电换能器就是其中之一。任何使用这种换能器的设备都可以将物理量转换为电信号。尽管如此,价值数百万美元的问题是压电换能器如何工作?  

本压电驱动电路指南将解释该系统的电路及其常用设计技术。 

一、压电驱动电路工作原理

电工 

您首先需要了解压电蜂鸣器的组成。有些材料具有压电特性,您会在任何压电蜂鸣器中找到它们。它们包括石英、聚二氟乙烯、锆钛酸铅 (PZT)和罗谢尔盐等。 

在典型的驱动电路中,您会发现涂有导电材料的压电发声器。当您在传导表面上施加声压时,压电元件的离子将变得活跃。因此,离子将从导电材料的一端移动到另一端。 

因此,这将导致电荷的产生。输出电荷随后对原始声压的校准至关重要。 

请注意,该应力可以是拉伸的或压缩的。因此,压电元件的应力类型和方向将决定输出信号的强度。 

此外,请注意音频输出将取决于输入交流电压的量。 

2. 基本压电驱动电路

电器元件 

该电路只需要很少的组件,包括一个电子开关、一个复位电阻器和一个压电蜂鸣器。您可以为开关包含一个双极结型晶体管(BJT) 或场效应晶体管(FET)。 

对于电路,您需要一些组件,而且都很便宜。因此,您可以以较小的预算工作。尽管如此,它也有一些缺点,包括复位电阻器的功耗限制。此外,您系统的输入驱动信号将决定压电声量。因此,如果您选择基本电路,您将不得不忍受这些限制。 

此外,请注意,您不一定必须将压电蜂鸣器连接到正极端子。当您将其连接到电路接地时,它将同样有效地发挥作用。 

3. 为基本的压电传感器驱动电路添加缓冲器

演讲者

通过增加缓冲器可以避免上述电路中复位电阻的问题。对于这个电路,你应该添加两个缓冲晶体管来解决换能器阻抗问题。尽管如此,这无疑会影响系统的供电。驱动电压将降低约 1.2 伏,但连接将完全阻止传感器阻抗。 

另外值得注意的是,您可以将压电发声器连接到正极或接地端子。无论您以何种方式连接它,都不会影响声音组件的性能。

您仍然可以通过改变理论电路的连接来提高驱动电压。您需要做的就是修改 BJT 缓冲器在电路上的位置。或者,您可以使用 FET 缓冲器代替 BJT 缓冲器,电路将具有同样的功能。 

4. 半桥和全桥驱动电路

电器元件

驱动电路有很多种,但没有一种能像这种连接一样有效。它是对先前电路的改进,并允许使用范围广泛的分立元件。以前的模拟驱动器电路难以交付,尤其是当您使用分立元件时。 

您可以使用半桥驱动器或全桥驱动器,具体取决于您的连接。当您使用推挽缓冲器时,这将产生半桥缓冲器。另一方面,当驱动器电路异相时,您将创建一个全桥驱动器。对于全桥驱动器,您可以通过将压电发声器连接到电路的输出引脚来使用它。 

使用全桥驱动器,您可以获得两倍于其他电路可实现输出功率的优势。随后,输出音量将高于基本电路或半桥电路的音量。您可以通过在相同的输入交流电压上连接三个电路来测试这一点。 

由于最佳输出电压范围,您会在电动机中找到这些类型的驱动器电路。您还可以便宜地访问两个桥接电路。因此,它是一种您可以轻松获取和使用的集成电路。 

5. 谐振驱动电路

一块电路板 

您可以创建谐振驱动器电路来为外部驱动压电蜂鸣器供电,而不是上述电路。您需要一个分立电感器,您的系统将通过基本驱动器电路的寄生电容概念运行。谐振电路通过电感器和电容器之间的能量存储和传输的简单原理工作。 

只要您有这些电路组件,您就可以在电路板上组装连接。考虑到易于组装,谐振电路首先也将是非常有利的。其次,它具有电气效率,也保证了比电源电压更高的输出范围。  

电感器 

尽管如此,谐振电路将仅以恒定频率运行。因此,您不能使用它来驱动需要宽频率范围的压电致动器。这个恒定频率也会影响电感器的效率。值得注意的是,您可以选择比普通电路部件更大或更重的电感器。它不会以任何方式影响系统的音频。 

换能器的这种寄生电容也会影响系统的有效性。很多厂家没有照顾到这方面;因此,您必须在操作过程中忍受它。最后,您还将努力对该系统的运行机制进行建模。因此,在设计阶段,您将不得不在实验室中花费更多时间。尽管如此,尽管存在这些限制,您仍将受益于它所保证的高效率。