ピエゾ駆動回路 – 4 つの一般的な設計技術

ピエゾ駆動回路について ，温度、音圧、機械的応力などの物理量を測定する必要があることがよくあります。トランスデューサは、そのような量を測定するために使用できるデバイスです。通常、トランスデューサが行うことは、機械信号を電気信号に変換することです。

トランスデューサにはさまざまな種類があり、圧電トランスデューサもその 1 つです。この変換器を使用するデバイスは、物理量を電気信号に変換できます。それにもかかわらず、何百万ドルもの問題は、圧電トランスデューサがどのように動作するかということです。

このピエゾ駆動回路ガイドでは、このシステムの回路構成と共通の設計技術について説明します。

1.ピエゾ駆動回路の動作原理

電気技師

まずピエゾ ブザーの構成を理解する必要があります。一部の材料には圧電特性があり、圧電ブザーに見られます。それらには、石英、二フッ化ポリビニリデン、チタン酸ジルコン酸鉛 (PZT)、ロッシェル塩などがあります。

典型的な駆動回路では、導電性材料でコーティングされた圧電サウンダが見られます。導電面に音圧をかけると、ピエゾ素子のイオンが活性化します。その結果、イオンは導電性材料の一端から他端に移動します。

したがって、電荷の生成につながります。出力電荷は、元の音圧のキャリブレーションにおいて重要になります。

この応力は、引張りまたは圧縮のいずれかであることに注意してください。したがって、応力の種類とピエゾ素子の向きによって、出力信号の強度が決まります。

また、オーディオ出力は入力 AC 電圧の量に依存することに注意してください。

2.基本的なピエゾ駆動回路

電気部品

電子スイッチ、リセット抵抗、圧電ブザーなど、この回路に必要なコンポーネントはほとんどありません。スイッチには、バイポーラ ジャンクション トランジスタ (BJT) または電界効果トランジスタ (FET) を含めることができます。

回路にはいくつかのコンポーネントが必要で、すべて安価です。したがって、低予算で作業できます。それにもかかわらず、リセット抵抗による消費電力の制限など、いくつかの欠点があります。また、システムの入力駆動信号によって圧電音の量が決まります。したがって、基本的な回路を選択する場合は、これらの制限に耐える必要があります。

また、ピエゾ ブザーは必ずしもプラス端子に接続する必要はありません。回路のグランドに接続すると、同様に効果的に機能します。

3.基本的なピエゾ トランスデューサ駆動回路へのバッファの追加

スピーカー

バッファを追加することで、上記の回路のリセット抵抗の問題を回避できます。この回路では、トランスデューサのインピーダンスの問題を解決するために、2 つのバッファ トランジスタを追加する必要があります。それにもかかわらず、これは間違いなくシステムの電力供給に影響を与えます。駆動電圧は約 1.2 ボルト減少しますが、接続によりトランスデューサのインピーダンスは完全に防止されます。

また、圧電サウンダをプラス端子またはアース端子に接続できることも注目に値します。どのように接続しても、サウンド コンポーネントのパフォーマンスには影響しません。

理論回路の接続を変更することで、駆動電圧を改善することができます。回路上の BJT バッファーの位置を変更するだけです。あるいは、BJT バッファの代わりに FET バッファを使用することもでき、回路は同等に機能します。

4. ハーフブリッジおよびフルブリッジ駆動回路

電気部品

ドライバー回路には多くの種類がありますが、この接続ほど効果的なものはありません。これは以前の回路の改良であり、幅広いディスクリート コンポーネントを使用できます。以前のアナログ ドライバー回路は、特にディスクリート コンポーネントを使用する場合に、配信に負担がかかります。

接続に応じて、ハーフブリッジ ドライバーまたはフルブリッジ ドライバーを使用できます。プッシュプル バッファーを使用すると、ハーフブリッジ バッファーが生成されます。一方、ドライバー回路の位相がずれている場合は、フルブリッジ ドライバーを作成します。フルブリッジドライバの場合、圧電サウンダを回路の出力ピンに付けて使用できます。

フルブリッジ ドライバを使用すると、他の回路の達成可能な出力電力の 2 倍を得ることができるという利点があります。その後、基本回路やハーフブリッジ回路よりも出力音量が大きくなります。これをテストするには、3 つの回路を同じ入力 AC 電圧に接続します。

最適な出力電圧範囲により、電気モーターでこれらのタイプのドライバー回路を見つけることができます。また、2 つのブリッジ回路に安価にアクセスできます。したがって、簡単に入手して使用できる集積回路です。

5.共振駆動回路

回路基板

上記の回路の代わりに、共振ドライバー回路を作成して、外部駆動ピエゾ ブザーに電力を供給することができます。ディスクリート インダクタが必要であり、システムは基本的なドライバ回路の寄生容量の概念を介して動作します。共振回路は、エネルギーの蓄積とインダクタとコンデンサ間の転送という単純な原理によって動作します。

これらの回路コンポーネントがあれば、回路基板に接続を組み立てることができます。共振回路は、組み立てが簡単であることを考えると、最初は非常に有利です。第二に、電気効率が高く、電源電圧よりも高い出力範囲を保証します。

インダクタ

それにもかかわらず、共振回路は一定の周波数でのみ動作します。したがって、広い周波数範囲を必要とする圧電アクチュエータの駆動には使用できません。この一定の周波数は、インダクタの効果にも影響を与えます。注目に値するのは、一般的なタイプの回路部品よりも大きいまたは重いインダクタを選択できることです。システムのオーディオ周波数に影響を与えることはありません。

このトランスデューサの寄生容量も、システムの有効性に影響を与えます。多くのメーカーは、この側面を考慮していません。したがって、操作中に我慢する必要があります。最後に、このシステムの動作メカニズムのモデル化にも苦労します。したがって、設計段階ではラボでより多くの時間を費やす必要があります。それでも、これらの制限にもかかわらず、それが保証する高い効率の恩恵を受けることができます.

結論

さまざまなピエゾ駆動回路オプションの詳細な概要を説明しました。そのため、使用目的に応じて、自分に合ったものを選択できます。これらのピエゾ駆動回路はすべて組み立ても簡単です。したがって、手間をかけずに目的のサウンド出力を作成できます。

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