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Grundlagenfragen zu Piezo-Schallwandlern

Hallo Leute,

ich möchte gerne mit einem Mikrocontroller ein paar Piepstöne erzeugen, in unterschiedlicher Frequenz. Aus einem alten Wecker habe ich ein Teil erbeutet, das ich für einen Piezo-Schallwandler halte (runde schwarze "Dose", Loch mittig im Deckel, zwei Anschlüsse mit + und - makriert). Nach etwas Googeln bezüglich der Ansteuerung habe ich allerdings mehr Fragen als Antworten gefunden.

Zum einen gibt es wohl Piezo-Summer, die für eine feste Frequenz ausgelegt sind, und entsprechende Elektronik enthalten, sodaß bei "Strom ein" gleich "Ton raus" erfolgt. Dann fand ich heraus (falls dem tatsächlich so ist), daß generell *alle* Piezo-Bauteile einen bestimmten bevorzugten Resonanzbereich haben, außerhalb dessen die Lautstärke rapide zurückgeht (kann da eigentlich auch eine Beschädigung erfolgen, von 0 Hz Gleichspannung mal abgesehen?). Dann gibt es laut dse-FAQ Dinger mit drei Anschlüssen, was hat es damit auf sich? Ich hatte da nicht viel weiteres finden können :-(

Das erbeutete Teil habe ich jetzt nach einem Datenblatt eines Piezos von Reichelt beschaltet (Transistor mit Basiswiderstand an Portpin, Emitter an GND, Piezo zwischen V+ und Collector, Freilaufdiode). Wenn ich das mit Rechtecken bewerfe, kommen auch anstandslos Töne der verschiedensten Frequenzen raus. Bei einem Mainboard habe ich auch ein solches Teil mal als Beeper gesehen, der ja auch alle Frequenzen können sollte, offensichtlich funktioniert das also.

Die Frage ist jetzt im Wesentlichen: mache ich es richtig so, und wie kriege ich auch in Zukunft Teile dieser Art, wie heißen sie also richtig, und welche Größen muß man beachten? Da gibt es welche, die 1-2 Volt sehen wollen, und solche bis 30 Volt - wie genau nehmen die das, brennt mir ein 2 Volt-Teil bei 4 Volt ab, oder geht das mal, wenn man nicht durchgehend quäken will? Kommt aus einem Teil für 30 Volt bei 5 Volt überhaupt nichts, ein bißchen was, oder schon was brauchbares raus?

Ich hoffe ihr könnt mich (mal wieder) erleuchten! :-)

Gruß, Felix

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Felix Opatz
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"Felix Opatz"

Ein Piezo ist Kapazitiv. Ein Lautsprecher ist Induktiv. Mach dir einfach die elektronischen Unterschied klar.

Versuch einfach den Kapzitätswert herauszufinden. Durch die Kapazität ergibt sich schonmal eine Grenzfrequenz nach unten. Die Grenze nach oben ist IMHO mechanisch bedingt.

Vll weiß dazu jemand noch mehr? Bin ebenfalls an dem Thema interessiert.

MfG,

Markus

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Markus

"Felix Opatz" schrieb im Newsbeitrag news:e9taee$1p9$03$ snipped-for-privacy@news.t-online.com...

so einer ist das nicht.

So einer ist es auch nicht.

Damit man eine sich automatisch auf Resonenzfreuqenz anpassenden Oszillator basteln kann.

Ja.

Kleinpiezozelautsprecherkapseln ?

, und welche Größen muß man beachten? Da gibt es welche, die 1-2

An eine Piezo sollten nicht mehr Volt angelegt werden, als er vorgespannung wurde. Aber 2 V erscheint mir da VIEL zu niedrig,

30V wird wohl jeder aushalten.

Je mahr Volt das Rechteck (besser Sinus) Signal hat, je lauter ist der Lautpsrecher. Wenn er in Resonanz kommt, wird er VIEL lauter.

Wenn man also 'Musik' erzeugen will, sollte man darauf achten, das man nie in den Resonanzbereich kommt.

Wenn man moeglichst laut sein will, sollte man ihn mit viel Spannung nur bei Resonanz (die auch vom Gehaeuse abhaengt) betreiben.

Daher haben Wecker eine Spule in Reihe zum Piezo, um durch Spannungsueberhoehung trotz nur 1.5V ihn moeglichst laut zu bekommen, je nach Guete bei Resonanz haben die dann

20-30V am Piezo. 
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
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de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.
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MaWin

Ich habe so ein Teil mit drei Anschlüssen mal in einer Schaltung gesehen, wo der Piezo zugleich Teil des Oszillators war - vermutlich also Rückkopplungsanzapfung oder so, habe das jedoch nicht weiter verfolgt, war zu unwichtig.

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Ralph A. Schmid, DK5RAS
[...]

Bei Reichelt kennt man "Hochleistungs-Piezo-Summer", "Schallwandler", "Piezo-Schallwandler" und "Piezosummer", und hat zu den meisten keine Datenblätter. Zunächst hatte ich ja vermutet, daß die Schallwandler alles mehr oder weniger können, aber bei manchen steht 1-10 kHz und bei anderen 2,4 kHz dran. Wenn 2,4 kHz die Resonanzfrequenz ist, ist 1-10 kHz meines Erachtens was anderes (ich hätte jedenfalls eine scharf begrenzte Frequenz erwartet, und nicht so einen breiten Bereich). Vor die Zahlen davorzuschreiben, welche Eigenschaft da gemessen wurde, ist wohl zu umständlich.

Naja, kosten ja nicht die Welt, ich kauf einfach mal querbeet ein und werf weg was nicht geht. Falls es im OP nicht klar genug deutlich wurde: ich habe zwar jetzt ein Exemplar, aber Reproduzierbarkeit wäre mir schon wichtig, falls ich nochmal sowas bauen will.

Hmm, mehrere Teile für unterschiedliche Töne wären zwar eine Option, aber so richtig große Auswahl habe ich jetzt nicht gesehen, und 3-4 verschiedene Töne sollten schon drin sein. Aber mit den erreichten Lautstärken kann ich leben.

Ich habe nur einen Kondensator (1 nF), einen Transistor ("9014"), einen schwarzen Klecks-IC und eine Kapsel mit der Aufschrift "S751" (sieht wie ein Uhrenquarz aus, wird wohl auch einer sein :-]) gefunden. Laut war das Teil trotzdem, und 1,5V passt auch.

Gruß & Dank, Felix

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Felix Opatz

Ich habe mir den elektronischen Kram leider nur nebenbei aneignen können (MaWins Buchempfehlung mit Horowitz/Hill kann ich da nur bestätigen), das Verständnis der grundlegenden Prinzipien ist jedoch bei der Bastler-Herangehensweise leider zu kurz gekommen, und als Informatiker habe ich auch nicht so den direkten Kontakt zur Physik. Vielleicht kannst Du mir ja bei der Ergründung der Unterschiede behilflich sein und das weiter ausführen, wenn es Dir Deine Zeit erlaubt?

Allerdings habe ich ehrlicherweise auch einen Moment gestutzt, daß das Datenblatt eines (anderen) Piezo-Schallwandlers eine Freilaufdiode vorgeschlagen hat, weil ich das bisher nur von Relais und Spulen kannte, und mir dieses scheinbar harmlose Bauteil nicht in der Lage erschien, einen Transistor zu zerfetzen. Was ist Deine Meinung dazu? Unnötiges Beiwerk?

Nach unten wollte ich eh nicht tiefer als 1-2 kHz oder so gehen, und in der Ecke war der ursprüngliche Ton auch. Hast Du mal einen Denkanstoß für die Berechnung der Grenzfrequenz? Den Begriff hatte ich bisher nur im Zusammenhang mit RC- und LC-Filtern gehört, aber hier sehe ich nur ein C, d.h. nur *einen* (frequenzabhängigen) Widerstand, wodurch errechnet sich jetzt diese Grenze?

Gruß, Felix

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Felix Opatz

"Felix Opatz"

Das brauche ich nicht glaube ich. Der Unteschied zwischen Kapazität und Induktivität ist dir sicher bekannt. Mach dir einfach klar, dass hinter der Kapazität noch eine mechanische Spannung sitzt, welche beim Laden des Kondensators IMHO noch als serieller Widerstand wirkt. Wie genau der Zusammenhang da ist, müsste jemand anders mal was zu sagen.

Die Spannungsquelle deines Signals hat einen Innenwiderstand. Daraus ergibt sich IMHO zweimal R und einmal C in Rheie. Aber ehrlich gesagt habe ich mich bisher auch nicht sehr intensiv mit dem Thema Piezos beschäftigt. Nur mal am Rande.

MfG,

Markus

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Markus

Hallo Felix,

kennst Du "elektronische" Feuerzeuge? Die basieren auch auf Piozo Keramiken.

Natürlich ist der Schallwandler rein elektrisch betrachtet ein Kondensator.

Als Elektromechanisches Bauteil, darf man aber die mechanschen Effekte nicht vergessen, wobei beim Abschalten der Spannung die noch bestehende mechanische Verformung, beim Zurückschnellen eine Spannung erzeugt.

Leider fehlen mir dazu im Moment auch genaue Angaben, wie stark die dieser Effekt ist und ab welcher Leistung/Grösse der Piezos die Diode wirklich notwendig wird.

Daniel

--
  .~.    Daniel Schramm     Phone: +492316108112  Mail:daniel.schramm@gmx.de
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 ^`~'^
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Daniel Schramm

"Ralph A. Schmid, DK5RAS" schrieb:

Hi!

Ich hab hier einen Piezo-Summer mit drei Anschlüssen. Einer ist + einer -, einer Enable. Den kann man z.B. mit 12V versorgen aber mit dem 5V Signal vom uC schalten.

Gruß Jürgen

--
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Juergen Klein

Hallo Felix,

Wenn sie den Hersteller angeben, kommt man meist auf dessen Web Site an die Daten. Bei mir bewegt sich der ganze Keramik Kram zwar ueber 1MHz, aber ich denke, das Prinzip ist aehnlich. Man kann Keramik in verschiedenen "Gueten" herstellen. Das ist etwas vereinfacht gesagt, aber zum Beispiel hatten wir welche benutzt, die bei 2MHz weniger als

10kHz Bandbreite aufwiesen, andere bei 3.5MHz boten ueber 1MHz, waren aber auch schlechter im Wirkungsgrad. 
--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com
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Joerg

"Joerg"

Daten. Bei mir bewegt sich der ganze Keramik Kram zwar

verschiedenen "Gueten" herstellen. Das ist etwas

weniger als 10kHz Bandbreite aufwiesen, andere bei

Darf man nach der/den Bezugsquelle/n fragen? ^^

MfG,

Markus

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Markus

Hallo Markus,

Daten. Bei mir bewegt sich der ganze Keramik Kram zwar

verschiedenen "Gueten" herstellen. Das ist etwas

weniger als 10kHz Bandbreite aufwiesen, andere bei

Bei uns hier sind das Firmen wie Parallel Design oder TRS. In Europa weiss ich es nicht so genau, aber z.B. baut Vermon S.A. in Tours Transducer aus PZT.

Frage aber nicht nach ein paar Einzelstuecken, so etwas laeuft nur in der Massenfertigung oder es wird biestig teuer.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com
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Joerg

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