Hallo zusammen, ich suche nach einer Möglichkeit mit einem Piezo Lautsprecher (SMD / bedrahtet) auf einer Batteriebetriebenen Anwendung (2x AA / 2.0 - 3,5V) auf möglichst kompakte, kostengünstige Art möglichst viel Lärm zu machen. Im Normalzustand soll der Stromverbrauch sehr niedirg sein (abschaltbar?). Ich verwende einen ATTINY, könnte also eine PWM modulieren. Die typischen Piezos ohne Treiberstufe halten um 30Vpp aus. Klar ist mir folgendes: 1. Die Wiedergabefrequenz sollte irgendwo um 4 kHz liegen, da das Ohr dort die größte Empfindlichkeit hat. 2. Mehr Spannung -> höhere Lautstärke. Piezo in eine Art H-Brücke setzen (mindestens zwei Low-Side Schalter plus Pullup). Ein Stepup Wandler (aber möglichst ohne Induktivität) zum erhöhen der Betriebsspannung. Frage: 1. Gibt es eine einfache Möglichkeit einen Resonanzkreis aufzubauen um die Spannung an dem Piezo zu erhöhen? Werde dann aber nicht um eine Induktivität herumkommen :(. 2. Kann man mit einer speziellen Ansteuerfolge eine zyklische Spannungsüberhöhung provozieren? Bspw. mit einer höheren Frequenz moduliert schalten und damit eine Subharmonische anregen? Hat jemand dazu eine Idee?
> Hat jemand dazu eine Idee?
Nimm eine Spule, lass Strom durch und schalte den dann ab.
Hastdunichtgesehen sind da plötzlich 100V da ;-)
Not bad ;) aber nicht ganz Failsafe. Schalte zu lange machte bumm. Sonst brilliant.
erstmal die resonanzfreqenz des piezo treffen, steht oft im datenblatt
Also mit Lothars tipp Würde ich eine Induktivität (von Vcc) mit dem Piezo (nach GND) in Reihe schalten. Den Mittelabgriff über einen Transistor nach Masse legen. Transistor an -> Strom in Induktivität aufbauen Transistor aus -> Strom kommutiert in Piezo Im Prinzip muss ich dann auf zwei Dinge achten: 1. Die Spannungsspitze am Piezo / Transistor begrenzen -> Varisator oder Zener-Diode 2. Den Strom in den Transistor begrenzen. Der Piezo hat eine nicht unwesentliche Kapazität, kurzschließen des geladenen Kondensator lässt große Spitzenströme fließen. Bei der Resonanz des Piezos wird die Spannungsüberhöhung eher noch größer ausfallen. Andererseits heißt Resonanz nur, dass der Piezo eine elektrische und damit auch eine mechanische Resonanz besitzt (Masse-Feder-Dämpfer). Typischerweise ist da der akustische Strahlungswiderstand noch zu gering (laufen als hochabgestimmte Treiber) und die abgestrahlte Leistung ist zu niedrig. Danke an alle.
> Der Piezo hat eine nicht unwesentliche Kapazität, kurzschließen des > geladenen Kondensator lässt große Spitzenströme fließen. Aber genau dieses "Kurzschliessen" bewegt Ladungsträger und gibt letzendlich den Ton. Damit holst du effektiv nur die Ladung wieder aus dem Piezo heraus, die du vorher über die Spule eingelagert hast. EDIT: Du solltest aber darauf achten, dass deine Spule nicht in die Sättigung kommt. Das bedeutet bei Audiofrequenzen eine recht hohe Induktivität.
Wenn man die Spule passend dimensioniert, dann ergibt sich zusätzlich ein Schwingkreis: In der Einschaltphase baut sich in der Spule in Magnetfeld auf. Beim Abschalten fließt die in der Spule gespeicherte Energie in den Piezo (Kondensator). Da dies ein LC Kreis ist, ist die Spannung sinusförmig. Wenn die gesamte Energie im Kondensator steckt, ist die Spannung maximal. Nun läd der Kondensator die nicht benötigte Energie in die Spule und die Betriebsspannung zurück, die Spannung fällt wieder und würde in den negativen Bereich gehen, was man aber durch eine Diode parallel zum Transistor verhindern muss. Wenn man in dem Zeitpunkt wieder den Transistor einschaltet, dann entstehen keinerlei Schaltverluste, denn die Spannung liegt ja schon nahe 0V. Für einen einfachen Piezopiepser ist das ganze sicherlich übertrieben, aber mit dem Prinzip kann man auch größere Piezos, z.B. aus Ultraschallreinigern mit ein paar 100kHz oder MHz bei etlichen 10 bis 100W ansteuern.
Keine Sättigung ist klar - wird leider nicht so klein werden. Wirewound oder kleiner scheidet vermutlich aus. Die "steigende Spannungsflanke", wenn die Spule in den Piezo abmagnetisiert, ist im Prinzip wie eine Stromquelle die einen Kondensator auflädt. Der Ladestrom hängt von der Magnetisierung ab. Die "fallende Flanke", da hast Du natürlich recht, wird besser wenn ich noch aktiv die Ladung aus dem Kondensator ziehe. Allerdings muss ich dann eine LC-Zeitkonstante wählen die noch größer ist als die Anregungsfrequenz. Das bedeutet eine noch größere Induktivität. Insgesamt werde ich wohl mit einem Rechtecksignal um 4kHz mit 50% Tastgrad arbeiten. Die Induktivität in fester Reihenschaltung mit dem Piezo wird sowohl für ein Aufladen des Kondensators wie auch direkt wieder für seine Endladung sorgen. Besser wäre es vermutlich, wenn der Piezo für die High Zeite seine Ladung behält, damit steigende und fallende Flanken gleich schnell erfolgen. Schaltungstechnisch etwas aufwendiger, aber vermutlich effektiver kann ich mir folgenden Ansatz vorstellen: - Deutlich kleinere Induktivität wählen. -> schnelle Aufmagnetisierung - Strom in Piezo kommutieren - Bei maximaler Ladung des Piezos die Induktivität abklemmen - Piezo nach 50% der Tastzeit mittels Transistor entladen
Es gibt Piezos, die sind polarisiert, und duerfen keine negativen spannungen sehen. Das waer dann ein Fall wo man nicht mit Resonanz arbeiten darf, resp nicht so einfach. Da muesst man dann eine DC Vorspannung haben
@Benedikt Die Resonanz ausnutzen kann ich natürlich auch. Dafür benötige ich eine echte Halbbrücke die zyklisch zwischen Masse und Betriebsspannung hin- und herschaltet und ein LC Seriengleid treibt. Die negative Spannung von der Du berichtest wird über den einzelnen Komponenenten Induktivität oder Kapazität, nicht jedoch am Schalter auftreten. Wie gesagt muss die Resonzfrequenz der Anregungsfrequenz entsprechen und damit hätte ich wieder ein großes L. Ipiezo ~ 20 .. 40mA Cpiezo ~ 25nF f = 4kHz L = 1/((2 pi f)² * Cpiezo) = 63mH
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piezo.gif
49 KB
Michael schrieb: > Die negative Spannung von der Du berichtest wird über den einzelnen > Komponenenten Induktivität oder Kapazität, nicht jedoch am Schalter > auftreten. Doch, beim Rückladen der in der Spule gespeicherten Energie in die Betriebsspannung. Das ist dann der Fall, wenn die Halbwelle unter 0V fällt, was bei idealer Leistungsanpassung nicht der Fall ist (dann ist zu diesem Zeitpunkt die gesamte Energie verbraucht). > Wie gesagt muss die Resonzfrequenz der Anregungsfrequenz entsprechen und > damit hätte ich wieder ein großes L. Ja, das ist natürlich das andere Problem. Andererseits kann man die Spule auch etwas kleiner wählen, dann wird die Spannung höher. Wie der Piezo darauf reagiert kann ich nicht auswendig sagen, immerhin ist dessen Ersatzschaltung etwas komplexer als nur ein Kondensator. Irgendwas in der Richtung dürfte aber eine gute Lösung sein. Eventuell den Transistor durch einen Mosfet ersetzen, dann entfallen noch der Basiswiderstand und die Diode.
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Hallo zusammen, habe mich nun für folgende Lösung entschieden: . Batterie mit 2.4V nominal . 3uH Spule (Als offener Kern ausgeführt) . MOSFET (die in der Simulation verwendete ist nicht die, die später eingestzt wird) . Diode zum Laden des C (Piezo-Kapazität), verhindert den schnellen Rückfluss der Ladung . Verlustwiderstand des C sorgt für Selbstentladung . Ansteuerung mit 2.4V Die Schaltung macht ganz mächtig Radau mit dem Piezo :) Danke euch allen!
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