Nozioni di base sui buzzer: tecnologie, suoni e circuiti di pilotaggio
I buzzer offrono un modo efficace ed economico per fornire comunicazione tra un prodotto elettronico e un utente. In questo post del blog, Same Sky analizza le differenze tra i buzzer magnetici e quelli piezoelettrici, e come scegliere quello più adatto alla tua applicazione. Qui puoi imparare di più sulle differenze tra questi tipi di buzzer, inclusi la loro costruzione, tensione, corrente, livello di pressione sonora (SPL) e altro ancora.
Ci sono molte opzioni per comunicare informazioni tra un prodotto e l'utente. Una delle scelte più comuni per la comunicazione audio è il buzzer. Comprendere alcune delle tecnologie e configurazioni dei buzzer è utile durante il processo di progettazione, quindi, in questo post del blog, Same Sky descrive configurazioni tipiche, fornisce esempi di tonalità di buzzer e presenta opzioni comuni di circuiti di pilotaggio.
Buzzer magnetici e piezoelettrici
Le due tecnologie più comuni utilizzate nei design dei buzzer sono quelle magnetiche e piezoelettriche. Molte applicazioni utilizzano un buzzer magnetico o piezoelettrico, ma la decisione su quale delle due tecnologie utilizzare si basa su numerosi vincoli diversi. I buzzer magnetici operano a tensioni più basse e correnti più alte (1,5~12 V, > 20 mA) rispetto ai buzzer piezoelettrici (12~220 V, < 20 mA), mentre i buzzer piezoelettrici possiedono spesso una capacità massima di pressione sonora (SPL) maggiore rispetto ai buzzer magnetici. Tuttavia, va notato che il maggiore SPL disponibile nei buzzer piezoelettrici richiede dimensioni più grandi. In un buzzer magnetico, una corrente viene condotta attraverso una bobina di filo che produce un campo magnetico. Un disco ferromagnetico flessibile è attratto dalla bobina quando la corrente è presente e ritorna alla posizione di "riposo" quando la corrente non scorre attraverso la bobina. Il suono di un buzzer magnetico è prodotto dal movimento del disco ferromagnetico in modo simile a come il cono di un altoparlante produce il suono. Un buzzer magnetico è un dispositivo alimentato a corrente, ma la sorgente di alimentazione è tipicamente una tensione. La corrente attraverso la bobina è determinata dalla tensione applicata e dall'impedenza della bobina.
Costruzione di un tipico cicalino magnetico
I cicalini piezo vengono utilizzati in applicazioni simili a quelle dei cicalini magnetici. I cicalini piezo sono costruiti posizionando contatti elettrici sulle due facce di un disco di materiale piezoelettrico e supportando il disco ai bordi in un involucro. Quando una tensione viene applicata tra i due elettrodi, il materiale piezoelettrico si deforma meccanicamente a causa della tensione applicata. Questo movimento del disco piezo all'interno del cicalino crea il suono in modo simile al movimento del disco ferromagnetico in un cicalino magnetico o al cono dell'altoparlante menzionato sopra.
Costruzione di un tipico cicalino piezoelettrico
Un cicalino piezoelettrico si differenzia da un cicalino magnetico in quanto viene azionato da una tensione piuttosto che da una corrente. Un cicalino piezoelettrico è modellato come un condensatore, mentre un cicalino magnetico è modellato come una bobina in serie con una resistenza. La frequenza del suono prodotto sia dai cicalini magnetici che dai cicalini piezoelettrici può essere controllata su un ampio intervallo variando la frequenza del segnale che alimenta il cicalino. Un cicalino piezoelettrico mostra una relazione ragionevolmente lineare tra l'intensità del segnale di input e la potenza audio di output, mentre l'output audio di un cicalino magnetico diminuisce rapidamente con la riduzione dell'intensità del segnale di input.
Grafico che mostra la relazione tra il segnale di pilotaggio e l'uscita audio in buzzer piezoelettrici e magnetici
Circuito di applicazione per indicatore magnetico o piezoelettrico
Un indicatore richiede solo una tensione continua per funzionare e il suono viene prodotto ogni volta che la tensione è presente.
Circuito di applicazione per trasduttore magnetico
Un trasduttore magnetico richiede un'onda di eccitazione per alimentare il cicalino. Possono essere utilizzate forme d'onda arbitrarie e una vasta gamma di frequenze per l'onda di eccitazione. L'interruttore nello schema è utilizzato per amplificare l'onda di eccitazione ed è tipicamente un BJT o un FET. Il diodo è necessario per limitare la tensione di ritorno generata quando l'interruttore (transistor) viene spento rapidamente.
Circuito di applicazione per trasduttore piezoelettrico
Un trasduttore piezoelettrico può essere pilotato con un circuito simile a quello di un trasduttore magnetico. Il diodo posizionato sul trasduttore piezoelettrico non è necessario, poiché l'induttanza di un trasduttore piezoelettrico è piccola, ma è richiesto un resistore per azzerare la tensione quando l'interruttore è aperto. Questo circuito non viene normalmente utilizzato per pilotare un trasduttore piezoelettrico, poiché il resistore dissipa energia. Altri circuiti possono essere utilizzati per aumentare il livello sonoro di un trasduttore piezoelettrico incrementando la tensione di picco applicata al trasduttore.
Circuito a ponte completo per trasduttori piezoelettrici
Un circuito a ponte completo viene spesso utilizzato per pilotare trasduttori piezoelettrici. Il vantaggio dell'utilizzo del ponte completo composto da quattro interruttori è che la tensione di picco-picco applicata al trasduttore è il doppio rispetto alla tensione di alimentazione disponibile. L'uso di un driver a ponte completo comporterà un aumento risultante del volume sonoro di circa 6 dB grazie al raddoppio della tensione applicata al trasduttore.
Conclusione
I buzzer sono un mezzo semplice ed economico per fornire comunicazione tra prodotti elettronici e l'utente. I buzzer piezoelettrici e magnetici vengono utilizzati in applicazioni simili, con le principali differenze che i buzzer magnetici funzionano con tensioni più basse e correnti più elevate rispetto ai loro corrispettivi piezoelettrici, mentre i buzzer piezoelettrici offrono agli utenti livelli di pressione sonora (SPL) più elevati in ingombri generalmente più grandi. I buzzer configurati come indicatori richiedono solo una tensione continua (DC) per operare, ma sono limitati a una singola frequenza audio di funzionamento, mentre i trasduttori richiedono circuiti esterni e forniscono una gamma più ampia di frequenze audio.
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