Если вы разрабатываете такие продукты, как бытовая техника, панель безопасности, дверная система или периферийное компьютерное устройство, вы можете использовать зуммер в качестве единственного средства взаимодействия с пользователями или как часть более сложного пользовательского интерфейса.
Брюс Роуз, главный инженер по приложениям, CUI Devices
В любом случае зуммер может быть недорогим и надежным средством подтверждения команды, индикации состояния оборудования или процесса, приглашения к взаимодействию или подачи сигнала тревоги.
По сути, зуммер обычно бывает магнитного или пьезоэлектрического типа.Ваш выбор может зависеть от характеристик сигнала возбуждения или требуемой выходной мощности звука и доступного физического пространства.Вы также можете выбирать между типами индикаторов и преобразователей, в зависимости от желаемых звуков и имеющихся у вас навыков проектирования схем.
Давайте рассмотрим принципы, лежащие в основе различных механизмов, а затем подумаем, подойдет ли магнитный или пьезоэлектрический тип (и выбор индикатора или привода) для вашего проекта.
Магнитные зуммеры
Магнитные зуммеры по существу представляют собой устройства, управляемые током, для работы которых обычно требуется ток более 20 мА.Приложенное напряжение может составлять от 1,5 В до примерно 12 В.
Как видно из рисунка 1, механизм состоит из катушки и гибкого ферромагнитного диска.Когда ток проходит через катушку, диск притягивается к катушке и возвращается в свое нормальное положение, когда ток не течет.
Это отклонение диска заставляет воздух поблизости двигаться, и это воспринимается человеческим ухом как звук.Ток через катушку определяется приложенным напряжением и сопротивлением катушки.
Рисунок 1. Конструкция и принцип действия магнитного зуммера.
Пьезо-зуммеры
На рисунке 2 показаны элементы пьезозуммера.Диск из пьезоэлектрического материала закреплен по краям в корпусе, а на двух сторонах диска изготовлены электрические контакты.Напряжение, приложенное к этим электродам, вызывает деформацию пьезоэлектрического материала, что приводит к движению воздуха, которое можно обнаружить как звук.
В отличие от магнитного зуммера, пьезозуммер представляет собой устройство, управляемое напряжением;рабочее напряжение обычно выше и может находиться в пределах от 12 В до 220 В, а ток составляет менее 20 мА.Пьезозуммер моделируется как конденсатор, тогда как магнитный зуммер моделируется как катушка, включенная последовательно с резистором.
Рисунок 2. Конструкция пьезозуммера.
Для обоих типов частота результирующего звукового сигнала определяется частотой управляющего сигнала и может регулироваться в широком диапазоне.С другой стороны, в то время как пьезозуммеры демонстрируют достаточно линейную зависимость между силой входного сигнала и выходной мощностью звука, мощность звука магнитных зуммеров резко падает с уменьшением мощности сигнала.
Характеристики имеющегося у вас сигнала возбуждения могут повлиять на то, выберете ли вы магнитный или пьезозуммер для своего приложения.Однако, если громкость является ключевым требованием, пьезозуммеры обычно могут создавать более высокий уровень звукового давления (SPL), чем магнитные зуммеры, но также имеют тенденцию занимать большую площадь.
Индикатор или преобразователь
Решение о выборе типа индикатора или датчика принимается исходя из требуемого диапазона звуков и конструкции соответствующей схемы для управления зуммером.
Индикатор поставляется со встроенной в устройство схемой управления.Это упрощает проектирование схемы (рис. 3), позволяя использовать подход «подключи и работай» в обмен на снижение гибкости.Хотя вам нужно подать только постоянное напряжение, можно получить только непрерывный или импульсный аудиосигнал, поскольку частота фиксирована внутри.Это означает, что многочастотные звуки, такие как сирены или звонки, невозможны при использовании зуммеров-индикаторов.
Рисунок 3. Звуковой индикатор издает звук при подаче постоянного напряжения.
Не имея встроенной схемы возбуждения, преобразователь дает вам возможность получать разнообразные звуки, используя различные частоты или произвольные формы волн.Помимо основных непрерывных или импульсных звуков, вы можете генерировать такие звуки, как многотональные предупреждения, сирены или колокольчики.
На рис. 4 показана схема применения магнитного преобразователя.Переключатель обычно представляет собой биполярный транзистор или полевой транзистор и используется для усиления формы волны возбуждения.Из-за индуктивности катушки диод, показанный на схеме, необходим для фиксации обратного напряжения при быстром выключении транзистора.
Рисунок 4. Магнитному преобразователю требуется сигнал возбуждения, транзистор усилителя и диод для обработки наведенного обратного напряжения.
Можно использовать аналогичную схему возбуждения с пьезопреобразователем.Поскольку пьезопреобразователь имеет низкую индуктивность, диод не требуется.Однако схема нуждается в средстве сброса напряжения, когда ключ разомкнут, что можно сделать, добавив резистор вместо диода, за счет более высокой рассеиваемой мощности.
Уровень звука можно также увеличить, увеличив размах напряжения, приложенного к преобразователю.Если вы используете мостовую схему, как показано на рисунке 5, приложенное напряжение в два раза превышает доступное напряжение питания, что дает вам примерно на 6 дБ большую выходную мощность звука.
Рисунок 5. Использование мостовой схемы позволяет удвоить напряжение, подаваемое на пьезопреобразователь, что дает дополнительную мощность звука на 6 дБ.
Заключение
Зуммеры просты и недороги, а выбор ограничен четырьмя основными категориями: магнитные или пьезоэлектрические, индикаторные или преобразователи.Магнитные зуммеры могут работать при более низком напряжении, но требуют более высоких токов возбуждения, чем пьезо-зуммеры.Пьезозуммеры могут производить более высокий уровень звукового давления, но, как правило, занимают большую площадь.
Вы можете управлять зуммером-индикатором только с помощью постоянного напряжения или выбрать преобразователь для получения более сложных звуков, если у вас есть возможность добавить необходимую внешнюю схему.К счастью, CUI Devices предлагает широкий выбор магнитных и пьезозуммеров, как индикаторных, так и преобразовательных, что еще больше упрощает выбор зуммера для вашего проекта.
Время публикации: 12 сентября 2023 г.
