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부저 기초: 기술, 톤, 및 구동 회로

소통07 1월 2021
작은 전자 부저(음표 포함)
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부저는 전자 제품과 사용자 간의 커뮤니케이션을 제공하는 효과적이고 경제적인 방법을 제공합니다. 이 블로그 게시물에서는 Same Sky가 마그네틱 부저와 피에조 부저의 차이점 및 애플리케이션에 적합한 부저를 선택하는 방법을 안내합니다. 여기에서 부저 유형의 차이에 대해 더 자세히 알아볼 수 있으며, 이들의 구성, 전압, 전류, 음압 레벨(SPL) 성능 등을 포함한 정보를 제공할 것입니다.   제품과 사용자 간에 정보를 전달하는 여러 선택지가 있습니다. 오디오 커뮤니케이션의 가장 일반적인 선택지 중 하나는 부저입니다. 부저의 몇 가지 기술 및 구성 방식을 이해하는 것은 설계 과정에서 유용하므로, 이 블로그 게시물에서 Same Sky는 일반적인 구성 방식을 설명하고 부저 음색 예를 제공하며 일반적인 구동 회로 옵션을 제시합니다.

자석 및 압전 부저

버저 설계에서 사용되는 두 가지 가장 일반적인 기술은 자기식(Magnetic)과 압전식(Piezo)입니다. 많은 애플리케이션에서 자기식 또는 압전 버저 중 하나를 사용하지만, 두 기술 중 어떤 것을 사용할지에 대한 결정은 다양한 제약 조건에 따라 달라집니다. 자기식 버저는 압전 버저(12~220 V, < 20 mA)와 비교하여 낮은 전압과 높은 전류(1.5~12 V, > 20 mA)에서 작동하는 반면, 압전식 버저는 종종 자기식 버저보다 더 높은 최대 음압(SPL) 수준을 제공합니다. 그러나 압전 버저에서 제공되는 더 높은 SPL은 더 큰 설치 공간을 필요로 한다는 점에 유의해야 합니다.   자기식 버저에서는 코일에 전류가 공급되면서 자기장이 생성됩니다. 전류가 흐르면 유연한 강자성 디스크가 코일에 끌려가고, 전류가 흐르지 않을 때는 중립("휴식") 위치로 돌아옵니다. 자기식 버저의 소리는 강자성 디스크의 움직임에서 발생하며, 이는 스피커의 콘(cone)이 소리를 생성하는 방식과 유사합니다. 자기식 버저는 전류 구동 장치이지만, 전력 공급원은 일반적으로 전압입니다. 코일에 흐르는 전류는 인가된 전압과 코일의 임피던스에 의해 결정됩니다.

Illustration of an electromagnetic coil mechanism

일반적인 자기 버저의 구조

피에조 부저는 자기 부저와 유사한 용도로 사용됩니다. 피에조 부저는 피에조 소재 디스크의 두 면에 전기 접점을 배치한 후, 디스크를 가장자리에서 지지하여 인클로저에 넣어 구성됩니다. 두 전극에 전압이 걸리면 피에조 소재는 전압에 의해 기계적으로 변형됩니다. 부저 내부에서 피에조 디스크의 이러한 움직임은 자기 부저의 강자성 디스크 또는 위에서 언급한 스피커 콘의 움직임과 유사한 방식으로 소리를 생성합니다.

Illustration showing a labeled diagram of a piezo disk and electrode

일반적인 피에조 부저의 구성

압전 버저는 전류가 아닌 전압으로 작동한다는 점에서 자기 버저와 다릅니다. 압전 버저는 커패시터로 모델링되는 반면, 자기 버저는 저항과 직렬로 연결된 코일로 모델링됩니다. 자기 버저와 압전 버저 모두 생성되는 소리의 주파수는 버저를 구동하는 신호의 주파수에 따라 넓은 범위에서 조절할 수 있습니다. 압전 버저는 입력 구동 신호 강도와 출력 오디오 파워 사이에 비교적 선형적인 관계를 보여주는 반면, 자기 버저는 입력 구동 신호가 감소할수록 오디오 출력이 급격히 감소합니다.

A graph comparing sound pressure levels against applied voltage Piezo and Magnetic

피에조 및 마그네틱 버저에서 구동 신호와 오디오 출력 간의 관계를 보여주는 그래프

자기 또는 압전 표시기를 위한 응용 회로

Circuit diagram illustrating the connection of a magnetic or piezo indicator

지시기는 작동을 위해 단지 직류 전압만 필요하며, 전압이 존재할 때마다 소리가 발생합니다.

자기 변환기 응용 회로

A technical illustration showcasing a magnetic transducer circuit diagram

자기 변환기는 버저를 구동하기 위해 여기 신호가 필요합니다. 여기 신호로 임의의 파형과 넓은 주파수 범위를 사용할 수 있습니다. 회로도에 있는 스위치는 여기 신호를 증폭하기 위해 사용되며 일반적으로 BJT 또는 FET입니다. 스위치(트랜지스터)가 빠르게 꺼질 때 생성되는 플라이백 전압을 클램프하기 위해 다이오드가 필요합니다.

압전 변환기용 응용 회로

A schematic of a piezo transducer circuit featuring labeled components

압전 변환기는 자기 변환기와 유사한 회로로 구동할 수 있습니다. 압전 변환기 단자에 설치된 다이오드는 필요하지 않습니다. 이는 압전 변환기의 인덕턴스가 작기 때문입니다. 하지만 스위치가 열렸을 때 전압을 리셋하기 위해 저항이 필요합니다. 이 회로는 일반적으로 압전 변환기를 구동하는 데 사용되지 않습니다. 그 이유는 저항이 전력을 소모하기 때문입니다. 변환기에 적용되는 첨두 전압을 증가시켜 압전 변환기의 음량을 높이는 다른 회로를 사용할 수 있습니다.

압전 트랜스듀서를 위한 풀 브리지 회로

A detailed diagram showcasing the electrical connections of a piezo transducer

풀 브리지 회로는 종종 압전 트랜스듀서를 구동하는 데 사용됩니다. 네 개의 스위치로 구성된 풀 브리지를 사용하는 장점은 트랜스듀서에 걸리는 피크-피크 전압이 가용 공급 전압의 두 배가 된다는 점입니다. 풀 브리지 드라이버를 사용하면 트랜스듀서에 적용된 전압이 두 배가 되므로 약 6dB의 음량 증가 효과를 얻을 수 있습니다.

결론

버저는 전자 제품과 사용자 간의 소통을 제공하는 간단하고 저렴한 수단입니다. 피에조(Piezo) 버저와 자기(Magnetic) 버저는 유사한 애플리케이션에서 사용되며 주요 차이점은 자기 버저가 피에조 버저에 비해 낮은 전압 및 높은 전류로 작동하는 반면, 피에조 버저는 일반적으로 더 큰 크기의 풋프린트에서 사용자가 더 높은 SPL(Sound Pressure Level)을 제공받는다는 점입니다. 인디케이터(Indicator)로 구성된 버저는 작동하기 위해 단순히 직류 전압(dc voltage)만 필요하지만, 작동 가능한 오디오 주파수가 하나로 제한됩니다. 반면에 트랜스듀서(Transducer)는 외부 회로가 필요하지만 더 넓은 범위의 오디오 주파수를 제공합니다.

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