Piezo Ansteuerung - Auslegung des Stroms

[kerm (Gast)]

Hallo verehrte uC Gemeinde...

ich habe eine kurze Frage zu einem Problem, dass ich mit der Auslegung 
einer Piezo-Ansteuerung habe...

Es handelt sich um einen Piezo-Ringbender, eine Scheibe, die sich nach 
vorn und hinten Auslenken lässt und als Keramik-Multilayer aufgebaut 
ist. Daraus ergeben sich drei Anschlusspole, V+, V- und eine 
Mittelanzapfung. Das Vereinfachte Ersatzschaltbild der zugehörigen 
Kapazitäten habe ich angehängt.... Nun bin ich mir leider nicht ganz 
sicher, wie ich den Strombedarf richtig auslegen muss und zwar:

I_L = C * dV/dt

ist die erste Näherung für den momentantstrom bei einem 
Spannungssprung...Doch welche Kapazität muss ich für C annehmen...? 400 
nF, weil es eine Reihenschaltung aus zwei 800 nF Kap ist? Oder doch 800 
nF...1600 nF..:?

z.B. bei einem 10 V SpgSprung in 100 us (Rampe):

I_L =  400e-9 * 10V/100e-6 s  =   40 mA.
I_L =  800e-9 * 10V/100e-6 s  =   80 mA.
I_L = 1600e-9 * 10V/100e-6 s = 160 mA.

Dies ist ziemlich entscheiden, da HighVoltage Opamps ziemlich 
empfindlich auf hohe Ströme reagieren, bzw. dies die Bandbreite doch 
empfindlich stören wüde...

Nichtsdestotrotz werde ich wohl um eine externe Stromverstärkung mit 
matched NPN/PNP's nicht herumkommen...


Trotzdem danke für eine kleine Nachhilfe...


Grüße und schöne Pfingsten...+++

[Hans M. (hansilein)]

Diese Dingenr haben auch eine mechanische Resonanzfrequenz, deshalb 
hilft die rein elektrische Rechnung nicht viel.
Kannst Du den Strom nicht einfach messen?

[kerm (Gast)]

Hallo Hans,

Danke für die Antwort... Ja, ich könnte versuchen das zu messen, müsste 
ich mir einen Versuchsaufbau überlegen, der mir den Spannungssprung 
bereiten kann, (besser nur max 1 V).

Ja die Resonanzfrequenz (unbelastet) liegt bei gerade mal 1.8 kHz, also 
sind die 100 us aus dem Beispiel eh unrealistisch.

Trotzdem, wie verhält es sich denn mal theoretisch bei dieser simplen 
schaltung (s. 1. post) mit den Kapazitäten.. g ? gibts da nich ne 
einfache antwort...?

grüße+++

[M.F. (Gast)]

kerm schrieb:
> Trotzdem, wie verhält es sich denn mal theoretisch bei dieser simplen
> schaltung (s. 1. post) mit den Kapazitäten.. g ?

Die Stromversorgung ist wechselspannungsmäßig ein Kurzschluß, d.h. die 
Kapazitäten liegen wechselspannungsmäßig parallel.

[kerm (Gast)]

sicher, aber trotzdem haben doch die Ströme, mit denen die Kondensatoren 
geladen und entladen werden unterscheidliche Vorzeichen... es kann doch 
nicht sämtlicher Strom, der bei einem Spannungssprung an der 
Mittelanzapfung fliesst aus VIN kommen...?

[Alex S. (thor368)]

Tach kerm,

> sicher, aber trotzdem haben doch die Ströme, mit denen die Kondensatoren
> geladen und entladen werden unterscheidliche Vorzeichen...

das ist AC egal, da immer ein Kondensator von oben zieht und einer von 
unten drückt oder umgedreht(bildlich gesprochen).

> es kann doch nicht sämtlicher Strom, der bei einem Spannungssprung an der
> Mittelanzapfung fliesst aus VIN kommen...?
Bei einer positiven Flanke natürlich. Der untere Piezo wird geladen und 
der obere wird entladen. Bei beiden ist das Vorzeichen VIN - Piezo 
positiv.

Thor

[M.F. (Gast)]

Wenn sich VIN ändert, müssen beide Kondensatoren ihre Ladung ändern, 
sonst bliebe die Spannung über jedem einzelnen konstant. Und woher soll 
die Ladung kommen, wenn nicht von VIN.

[Helmut S. (helmuts)]

Wenn dein Ausgangssignal steigen soll, dann muss der Verstärker in beide 
Kondensatoren Strom "hineintreiben". Eine Spannungsquelle hat 0Ohm 
Innenwiderstand, auch für die Wechselspannung. Du kannst dir dir bei der 
Berechnung des Wechselstromes die Gleichspannung komplett weg 
denken(=0V).


Bevor du zu viel Gedanken an Selbstbau verschwendest, schau dir die 
Verstärker hier an. Die funktionieren klaglos auch in der Serie falls 
das Ganze Geräte zum Verkaufen werden sollen.
http://www.cirrus.com/en/products/apex/index.html

[kerm (Gast)]

Jo, Asche auf mein Haupt, ich dacht eben, ein Teil der Ladung würde vom 
einen C in's andere wandern... In zwei gleich stark geladene C's jeweils 
Strom hineinzugeben um anschliessend unterschiedlich geladene C's zu 
erhalten wollt ich nicht ganz verstehen... Hatte mir das so vorgestellt, 
dass auch Ladungsträger vom einen C ins andere wandern würden... Na 
lange rede kurzer Knackpunkt:

Ich betreib eine Schaltung zur Piezo-Ansteuerung mit einem Apex PA78, 
der liefert gerade so genug Strom für kleine Spannungssprünge, jedoch 
ist es schon kritisch bei hoher VS-Vout Differenz. Er ist ganz klar zu 
klein für so eine heftige Kapazitive Last.

Nun sind leider die Verstärker mit höhere Leistung gleich 10x so 
teuer... Also wollte ich gerne den Strom verstärken durch einen kompl. 
Emitterfolger als Stromverstärker (mit in den loop)...