1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Звуковой пъезоизлучатель своими руками

Содержание

Пьезокерамические излучатели звука (звонки, оповещатели)

В данной статье даётся представление об особенностях техники пьезокерамических электроакустических преобразователей, приводятся примеры серийно выпускаемых и разрабатываемых излучателей звука – звонков, оповещателей, сирен, рассматриваются особенности электронных схем с пьезокерамическими излучателями звука. Большей частью материал статьи составлен на основе личного опыта автора по разработке устройств с использованием пьезокерамики и ориентирован, главным образом, на инженеров по радиоэлектронике, имеющих дело с источниками звука или желающих «краем глаза» заглянуть в смежное направление техники.

Как с помощью пьезокерамики получить звук

Вообще, пьезокерамика неблагодарная субстанция, для того, чтобы свои колебания сообщить воздушной среде. Проиллюстрируем это на таком примере. Пусть в пьезокерамическом образце возбуждена стоячая волна. Она характеризуется некоторым значением звукового давления и амплитудой смещения частиц при колебаниях. Поставим вопрос. Как отличаются амплитуды колебаний частиц в керамике и в воздухе при равных там и там звуковых давлениях? Ответ: в 75 тысяч раз. Причина в том, что произведение плотности воздуха на скорость звука в воздухе в 75 тысяч раз меньше, чем аналогичное произведение для керамики. Доля излучения по мощности ещё меньше – одна семидесятипятитысячная в квадрате! Иное дело, передача звука в воду. Её плотность в тысячу раз больше и скорость звука в пять раз больше, чем у воздуха. Поэтому техника гидроакустики и техника воздушной акустики имеют мало общего.

Несмотря на такую пессимистическую предпосылку с помощью пьезокерамики удаётся получать значительные показатели по громкости. Отдельные образцы пьезокерамических преобразователей могут развивать звуковое давление на расстоянии 1м до 130дБ. Как ощутить эту цифру? Это болевой порог. Абсолютное значение звукового давления, соответствующего 130дБ – это 60 н/м 2 или 6 кГ/м 2 . Такой звук давит на барабанную перепонку с силой, примерно 0,2Г.

Кто не знает, что такое биметаллическая пластина? Две спечённые металлические пластины с различными коэффициентами линейного расширения при нагревании изгибаются на величину, многократно превышающую термическое удлинение. А если бы одна из пластин удлинялась, а другая пластина укорачивалась. Необходимым элементом электроакустического преобразователя с применением пьезокерамики является биморфная конструкция из двух тонких пьезоэлементов, из которых один при подаче напряжения растягивается, а другой сжимается. Чаще всего между пьезоэлементами вклеивается третий элемент – металлическая мембрана. Металл придаёт прочность конструкции. Ещё чаще бывает достаточно использовать один пьезоэлемент, а в качестве второго элемента биморфа служит сама мембрана (см. рис.1). Такие конструкции называют Биморфными пьезоэлементами или пьезоблоками.

Их обычные размеры 10 – 60 мм в диаметре и 0,2 – 1,5 мм по толщине. При этом диаметр пьезоэлемента обычно в 1,5 – 2 раза меньше диаметра мембраны. При подаче на пьезоэлемент напряжения его диаметр, в зависимости от полярности, либо увеличивается, либо уменьшается. Порядок изменения диаметра составляет 0,05 мкм на каждые 10В напряжения. Однако, вследствие изгиба, края мембраны приподнимутся или опустятся на 20мкм. Таким образом, малое расширение пьезоэлемента мы преобразовали в 400 раз большее изгибное смещение на краю мембраны. Вот уже упомянутое число 75000 превратилось В 187! Но двинемся дальше. Теперь нужно использовать явление резонанса. Ведь при резонансе амплитуда возрастает в число раз, равное добротности. Обычное значение добротности пьезоблока равно 50 – 70 единиц, и теперь пресловутые 75000 превращаются в обыкновенную тройку. Казалось бы задача решена, но не тут то было! Несмотря на большую амплитуду пьезоблок не звучит. Он не излучает звук. Маленький пьезоблок совсем не слышно. Пьезоблок большего размера слышно, но слабо. В чём кроется причина? Обратимся к рис.2, на котором схематично изображены две фазы колебаний круглого биморфного элемента. Точками а отмечена окружность нулевой амплитуды – узловая окружность.

На краю и в центре элемента Амплитуда максимальна, но колебательное движение происходит в противофазе. Для каждой фазы колебаний образуются три пары областей разрежения-сжатия воздуха. Поскольку размер пьезоблока меньше длины волны звука (для частоты 2 – 3кГц длина волны 110 – 170мм) области разрежения и сжатия не могут гнать волну дальше, а в течение половины периода успевают попарно «схлопнуться» и давление всё время вокруг выравнивается. Пути выравнивания давления показаны двусторонними стрелками. Это явление называют акустическим коротким замыканием.

Читать еще:  Рецепты для удаления чернил

Чтобы наше устройство зазвучало необходимо устранить акустическое короткое замыкание. Эта задача отнюдь не является сложной и придумано немало способов, которые успешно себя зарекомендовали на практике. От того, какой способ применён, зависит конструктивное исполнение и внешние очертания устройства. Далее познакомимся со способами устранения акустического короткого замыкания на конкретных примерах.

Также используется иное название – пьезозуммер. Пьезокерамический звонок ЗП-1 состоит из двух пьезоблоков, причём у каждого из них мембрана выполнена в форме неглубокой тарелки с внешним диаметром 32мм. Тарелки сложены встречно и пропаяны по внешней границе. Не будем приводить чертёж этой конструкции, так как она достаточно понятно иллюстрируется на фотографии, рис.3. Пьезоэлементы в этом звонке скоммутированы таким образом, что при подаче переменного напряжения поверхности тарелок либо сходятся, либо расходятся, а линия спая остаётся неподвижной. С обеих сторон звонка образуются зоны только сжатия или только разрежения. Зона с избыточным давлением противоположного знака надёжно изолирована во внутренней полости. Резонансная частота этого звонка 2кГц. Он создаёт звуковое давление 75дБ на расстоянии 1м при напряжении на резонансной частоте 10В. Этот звонок излучает звуковые волны одинаково в оба полупространства.

Здесь необходимо сделать отступление и условиться о терминах, характеризующих описываемые устройства. Технические характеристики, обычно приводимые в нормативных документах на продукцию, не вполне показательны, так как нормы на параметры часто значительно занижены по сравнению с фактическими значениями и не привязаны к единой методике измерения. Здесь и далее будем указывать фактические средние значения резонансной частоты и звукового давления, измеренного на расстоянии 1м и при напряжении 10В на резонансной частоте. При этом величину звукового давления всегда можно привести к другому напряжению, имея ввиду их линейную зависимость. Например, увеличение или уменьшение напряжения в два раза увеличивает или уменьшает звуковое давление также в два раза или, в децибелах, на 6дБ. Для большинства пьезокерамических излучателей линейная зависимость звукового давления от напряжения находится в интервале от 0 до 20-30В. Далее прирост звукового давления уменьшается.

Следующий простой способ избавиться от акустического короткого замыкания – это навесить на периферийную часть мембраны достаточно массивную оправку. Она будет выполнять роль противовеса и, в результате, узловая окружность увеличится в диаметре, приблизившись к внешней границе. Тогда, при колебаниях, вблизи поверхности мембраны будет доминировать или сжатие, или разрежение. Зона с избыточным давлением противоположного знака заглушена задней стенкой. Ниже, в таблице 1, приведены параметры звонков этой группы, а на рис.4 – их фотографии.

Пьезодатчик для акустической гитары своими руками

Если Вам нужен очень простой в повторении звукосниматель для акустической гитары в виде пьезодатчика с предусилителем, который можно сделать на скорую руку своими руками то эта статья для Вас.

Пьезодатчик с предусилителем для акустической гитары своими руками

Для создания звукоснимателя нам понадобится:

  • Пьезоэлектрический излучатель (пьезоизлучатель или пьезоэлемент);
  • Держатель (отсек) для батарейки;
  • Экранированный кабель;
  • Транзистор КТ315;
  • Резисторы;
  • Аудио гнездо типа Джек;
  • Пальчиковая батарейка.

Делаем пьезодатчик с преампом для акустической гитары, пошаговая инструкция:

Схема предусилителя для гитары на одном транзисторе очень простая и собрана из доступных радиокомпонентов, для питания хватит всего одной пальчиковой батарейки Duracell, которой мне обычно хватает при активном пользовании на месяц. Усиление данного предусилителя вполне хватает и при этом нет лишних шумов. Схема была взята с форума Радиокота.

Нужно достать пьезоизлучатель, это не сложно, так как они применяются много где, от игрушек, наручных часов (например, часы Монтана), так и в играющих открытках или же можно просто купить, сейчас они продаются практически во всех радиомагазинах.

Пьезодатчик с предусилителем для акустической гитары своими руками

Паяем несложную схему, состоящую всего из одного активного элемента – транзистора и небольшую обвязку из резисторов.

Пьезодатчик с предусилителем для акустической гитары своими руками

Так как схема преампа для акустической гитары очень простая то я не стал травить плату, а просто вырезал канцелярским ножом дорожки на меленьком куске фольгированного стеклотекстолита и напаял детали на сторону дорожек. Ниже привожу свою печатку, которая была вырезана по форме задней части держателя батарейки и потом приклеена к нему, получилось достаточно компактно. При желании можно сделать корпус, но у меня батарейку придерживает резинка, в будущем хочу заменить её на липучку, чтобы можно было легко и быстро вынимать после игры на гитаре батарейку.

Пьезодатчик с предусилителем для акустической гитары своими руками

Сам датчик клеится клеился липучкой внутри корпуса, нужно выбрать лучшее для это место крепления, Я же прижимаю пьезодатчик возле центрального отверстия прищепкой от тюнера настройки гитары, а сам предусилитель с батарейкой можно разместить или внутри гитары, протащив тащив шнур с бокового отверстия если такое у Вас есть или же закрепить всё на самой гитаре.

Читать еще:  Ремонт утюга своими руками: как разобрать и починить

Пьезодатчик с предусилителем для акустической гитары своими руками

Пьезодатчик с предусилителем для акустической гитары своими руками

Пьезодатчик с предусилителем для акустической гитары своими руками

Пьезодатчик с предусилителем для акустической гитары своими руками

От себя скажу самодельный пьезодатчик с предусилителем для акустической гитары получился очень удачным и звук хорошо усиливается по всему звуковому диапазону гитары, а делать его проще некуда.

Пьезодатчик с предусилителем для акустической гитары своими руками

Как сделать магнитострикционный излучатель своими руками: описание, схема и рекомендации

Для генерации ультразвука применяются специальные излучатели магнитострикционного типа. К основным параметрам устройств относится сопротивление и проводимость. Также учитывается допустимая величина частоты. По конструкции устройства могут отличаться. Также надо отметить, что модели активно применяются в эхолотах. Чтобы разобраться в излучателях, важно рассмотреть их схему.

Схема устройства

Стандартный магнитострикционный излучатель ультразвука состоит из подставки и набора клемм. Непосредственно магнит подводится на конденсатор. В верхней части устройства имеется обмотка. У основания излучателей часто устанавливается зажимное кольцо. Магнит подходит только неодимового типа. В верхней части моделей располагается стержень. Для его фиксации применяется кольцо.

Кольцевая модификация

Кольцевые устройства работают при проводимости от 4 мк. Многие модели производятся с короткими подставками. Также надо отметить, что существуют модификации на полевых конденсаторах. Чтобы собрать магнитострикционный излучатель своими руками, применяется обмотка соленоида. При этом клеммы важно устанавливать низкого порогового напряжения. Ферритовый стрежень целесообразнее подбирать небольшого диаметра. Зажимное кольцо ставится в последнюю очередь.

Устройство с яром

Сделать магнитострикционный излучатель своими руками довольно просто. В первую очередь заготавливается стойка под стержень. Далее важно вырезать подставку. Для этого можно использовать металлический диск. Специалисты говорят о том, что подставка в диаметре должна быть не более 3.5 см. Клеммы для устройства подбираются на 20 В. В верхней части модели фиксируется кольцо. При необходимости можно намотать изоленту. Показатель сопротивления у излучателей данного типа находится в районе 30 Ом. Работают они при проводимости не менее 5 мк. Обмотка в данном случае не потребуется.

Модель с двойной обмоткой

Устройства с двойной обмоткой производятся разного диаметра. Проводимость у моделей находится на отметке 4 мк. Большинство устройств обладает высоким волновым сопротивлением. Чтобы сделать магнитострикционный излучатель своими руками, используется только стальная подставка. Изолятор в данном случае не потребуется. Ферритовый стержень разрешается устанавливать на подкладку. Специалисты рекомендуют заранее заготовить уплотнительное кольцо. Также надо отметить, что для сборки излучателя потребуется конденсатор полевого типа. Сопротивление на входе у модели должно составлять не более 20 Ом. Обмотки устанавливаются рядом со стержнем.

Излучатели на базе отражателя

Излучатели данного типа выделяются высокой проводимостью. Работают модели при напряжении 35 В. Многие устройства оснащаются полевыми конденсаторами. Сделать магнитострикционный излучатель своими руками довольно проблематично. В первую очередь надо подобрать стержень небольшого диаметра. При этом клеммы заготавливаются с проводимостью от 4 мк.

Волновое сопротивление в устройстве должно составлять от 45 Ом. Пластина устанавливается на подставке. Обмотка в данном случае не должна соприкасаться с клеммами. В нижней части устройства обязана находиться круглая подставка. Для фиксации кольца часто применяется обычная изолента. Конденсатор напаивается над манганитом. Также надо отметить, что кольца иногда применяются с накладками.

Устройства для эхолотов

Для эхолотов часто используется магнитострикционный излучатель УЗ. Как приготовить модель своими руками? Самодельные модификации производятся с проводимостью от 5 мк. Волновое сопротивление у них в среднем равняется 55 Ом. Чтобы изготовить мощный ультразвуковой генератор своими руками, стержень применяется на 1.5 см. Обмотка соленоида накручивается с малым шагом.

Специалисты говорят о том, что стойки под излучатели целесообразнее подбирать из нержавейки. При этом клеммы применяются с малой проводимостью. Конденсаторы подходят разного типа. Предельное напряжение у излучателей находится на отметке 14 Вт. Для фиксации стержня используются резиновые кольца. У основания устройства накручивается изолента. Также стоит отметить, что магнит надо устанавливать в последнюю очередь.

Модификации для рыболокаторов

Устройства для рыболокаторов собираются только с проводными конденсаторами. Для начала требуется установить стойку. Целесообразнее применять кольца диаметром от 4.5 см. Обмотка соленоида обязана плотно прилегать к стержню. Довольно часто конденсаторы припаиваются у основания излучателей. Некоторые модификации производятся на две клеммы. Ферритовый стрежень обязан фиксироваться на изоляторе. Для укрепления кольца используется изолента.

Модели низкого волнового сопротивления

Устройства низкого волнового сопротивления работают при напряжении 12 В. У многих моделей имеются два конденсатора. Чтобы собрать прибор, генерирующий ультразвук, своими руками, потребуется стержень на 10 см. При этом конденсаторы на излучатель устанавливаются проводного типа. Обмотка накручивается в последнюю очередь. Также надо отметить, что для сборки модификации потребуется клемма. В некоторых случаях используются полевые конденсаторы на 4 мк. Параметр частоты будет довольно высокий. Магнит целесообразнее устанавливаться над клеммой.

Устройства высокого волнового сопротивления

Излучатели ультразвука высокого сопротивления хорошо подходят для приемников короткой волны. Собрать самостоятельно устройство можно только на базе переходных конденсаторов. При этом клеммы побираются высокой проводимости. Довольно часто магнит устанавливается на стойке.

Читать еще:  Бурение скважины на воду: все этапы своими руками, матчасть, процесс

Подставка для излучателя применяется малой высоты. Также надо отметить, что для сборки устройства используются один стрежень. Для изоляции его основания подойдет обычная изолента. В верней части излучателя обязано находиться кольцо.

Стержневые устройства

Схема ультразвукового излучателя стержневого типа включает в себя проводник с обмоткой. Конденсаторы разрешается применять разной емкости. При этом они могут отличаться по проводимости. Если рассматривать простую модель, то подставка заготавливается круглой формы, а клеммы устанавливаются на 10 В. Обмотка соленоида накручивается в последнюю очередь. Также надо отметить, что магнит подбирается неодимового типа.

Непосредственно стержень применяется на 2.2 см. Клеммы можно устанавливать на подкладке. Также надо упомянуть о том, что существуют модификации на 12 В. Если рассматривать устройства с полевыми конденсаторами высокой емкости, то минимальный диаметр стержня допускается 2.5 см. При этом обмотка должна накручиваться до изоляции. В верхней части излучателя устанавливается защитное кольцо. Подставки разрешается делать без накладки.

Модели с однопереходными конденсаторами

Излучатели данного типа выдают проводимость на уровне 5 мк. При этом показатель волнового сопротивления у них максимум доходит до 45 Ом. Для того чтобы самостоятельно изготовить излучатель, заготавливается небольшая стойка. В верхней части подставки обязана находиться накладка из резины. Также надо отметить, что магнит заготавливается неодимового типа.

Специалисты советуют устанавливать его на клей. Клеммы для устройства подбираются на 20 Вт. Непосредственно конденсатор устанавливается над накладкой. Стержень используется диаметром в 3.3 см. В нижней части обмотки должно находиться кольцо. Если рассматривать модели на два конденсатора, то стержень разрешается использовать с диаметром 3.5 см. Обмотка должна накручиваться до самого основания излучателя. В нижней части стоки клеится изолента. Магнит устанавливается в середине стойки. Клеммы при этом должны находиться по сторонам.

Подключение пьезоизлучателя к Ардуино

Пьезодинамик (зуммер) Ардуино ► продолжим изучение Arduino с помощью простых схем. Соберем электрическую схему с пьезодинамиком Ардуино на макетной плате.

Подключить пьезо пищалку к Arduino можно несколькими способами. На этом занятии продолжим изучение микроконтроллера Arduino на простых примерах. Соберем электрическую схему с пьезодинамиком (зуммером) на макетной плате. Рассмотрим устройство пьезоизлучателей, назначение процедуры void setup () и void loop (), а также свойство функции tone () в языке программирования Arduino IDE.

Устройство пьезоизлучателя (пьезодинамика)

Благодаря низкой стоимости и малого потребления энергии, по сравнению с динамиками, пьезокерамические излучатели звука (пьезодинамики) — акустические устройства для воспроизведения звука, использующие пьезоэлектрический эффект. Пьезоизлучатели получили широкое распространение: их используют в различных устройствах — будильниках, телефонах, игрушках и в другой технике.

Фото. Устройство пьезоизлучателя (пьезопищалки) и динамика

По сравнению с традиционными электромагнитными преобразователями звука, пьезоизлучатели имеют простую конструкцию. Пьезокерамический излучатель состоит из металлической пластины, на которую нанесена пьезоэлектрическая керамика, имеющая токопроводящее напыление. Пластина и напыление являются контактами пьезоизлучателя (буззера), при этом устройство имеет полярность — плюс и минус.

Принцип действия излучателей основан на эффекте, открытом братьями Кюри в 1880 г. В пьезокристаллах под действием механических сил на сдвиг, изгиб или кручение образуются электрические заряды. Кроме «прямого» эффекта существует и обратный эффект — если подать электричество на кристалл, то он начнет деформироваться. При частых колебаниях кристалла создается звуковая волна с заданной частотой.

Подключение пьезоизлучателя к Ардуино

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

  • плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
  • макетная плата;
  • пьезоизлучатель звука (Arduino buzzer);
  • провода «папа-папа».

Подключение пищалки (буззера) к Ардуино на схеме

После того, как вы собрали схему и подключили пьезоизлучатель и Arduino, как на картинке выше, загрузите следующий скетч в микроконтроллер Arduino Uno. Воспроизведение звука на Ардуино выполняется функцией tone() , где в скобках указывается номер пина и частота звука. Чтобы отключить звук на зуммере (пьезодинамике Ардуино) необходимо использовать функцию noTone() .

Скетч включения пьезодинамика функцией tone

Пояснения к коду:

  1. процедуры setup и loop Ардуино должны присутствовать в любой программе (скетче), даже если вам не нужно ничего выполнять в них — пусть они будут пустые, просто не пишите ничего между фигурными скобками;
  2. каждой открывающей фигурной скобке < всегда соответствует закрывающая >. Они обозначают границы некого логически завершенного фрагмента кода. Следите за вложенностью фигурных скобок в программе.

Скетч плавного изменения частоты зуммера

Пояснения к коду:

  1. для изменения частоты активного зуммера Ардуино используется цикл for, с помощью которого мы перебираем частоту звука от 0 до 500 и обратно.

Заключение. Мы рассмотрели, как включить пьезодинамик (пищалку) от Ардуино. Данная информация пригодится при создании проектов, в которых требуется звуковой сигнал при включении устройства на плате Arduino или при других случаях. Для уменьшения громкости сигнала активного пьезодинамика Ардуино можно использовать резисторы с разным номиналом, включая их в электрическую цепь.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector