關(guan)於(yu)壓電驅動電路(lu)，我們(men)經常(chang)需要(yao)測量溫度(du)、聲壓(ya)、機械(xie)應(ying)力等(deng)物理量。壹個換能器(qi)是我(wo)們(men)可(ke)以用它(ta)來(lai)測量這種(zhong)量的任何(he)設備。通(tong)常(chang)，換能器(qi)的作用(yong)是將(jiang)機械(xie)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換為(wei)電信(xin)號(hao)。 

存(cun)在多種換能器(qi)，壓(ya)電換能器(qi)就(jiu)是其(qi)中之壹(yi)。任何使(shi)用這種(zhong)換能器(qi)的設備都可(ke)以將(jiang)物理量轉換為(wei)電信(xin)號(hao)。盡(jin)管如此，價(jia)值數百萬(wan)美元(yuan)的問題是壓(ya)電換能器(qi)如何(he)工(gong)作？  

本(ben)壓電驅動電路(lu)指南將(jiang)解(jie)釋該(gai)系(xi)統(tong)的電路(lu)及其(qi)常(chang)用設(she)計(ji)技術(shu)。 

壹(yi)、壓(ya)電驅動電路(lu)工作原(yuan)理

電工(gong) 

您(nin)首(shou)先需要(yao)了(le)解(jie)壓電蜂(feng)鳴(ming)器(qi)的組成(cheng)。有(you)些(xie)材料具有壓電特(te)性，您(nin)會(hui)在任何(he)壓(ya)電蜂(feng)鳴(ming)器(qi)中找到(dao)它(ta)們(men)。它(ta)們(men)包(bao)括(kuo)石英(ying)、聚(ju)偏(pian)二(er)氟(fu)乙(yi)烯、鋯(gao)鈦酸(suan)鉛 (PZT)和羅謝(xie)爾(er)鹽等(deng)。 

在(zai)典型(xing)的驅動電路(lu)中，您(nin)會(hui)發(fa)現(xian)塗有導(dao)電材(cai)料的壓電發(fa)聲器(qi)。當您(nin)在(zai)傳導(dao)表面(mian)上施加聲壓(ya)時(shi)，壓電元(yuan)件(jian)的離子將(jiang)變得(de)活(huo)躍(yue)。因(yin)此，離子將(jiang)從導(dao)電材(cai)料的壹端(duan)移(yi)動到另壹端。 

因(yin)此，這將(jiang)導(dao)致電荷的產(chan)生(sheng)。輸(shu)出電荷隨後對原(yuan)始聲壓(ya)的校準(zhun)至關重要。 

請註意(yi)，該(gai)應(ying)力(li)可(ke)以是拉伸的或壓(ya)縮的。因(yin)此，壓(ya)電元(yuan)件(jian)的應力(li)類型和(he)方(fang)向將(jiang)決(jue)定(ding)輸(shu)出信號(hao)的強度(du)。 

此外，請註(zhu)意(yi)音(yin)頻輸出(chu)將(jiang)取決(jue)於(yu)輸入交流電壓(ya)的量。 

2. 基本(ben)壓(ya)電驅動電路(lu)

電器(qi)元(yuan)件(jian) 

該(gai)電路(lu)只(zhi)需要(yao)很少(shao)的組件(jian)，包(bao)括(kuo)壹(yi)個電子開(kai)關(guan)、壹(yi)個復位(wei)電阻(zu)器(qi)和(he)壹(yi)個壓電蜂(feng)鳴(ming)器(qi)。您(nin)可(ke)以為(wei)開(kai)關(guan)包(bao)含(han)壹(yi)個雙(shuang)極(ji)結(jie)型(xing)晶體管(BJT) 或(huo)場(chang)效(xiao)應(ying)晶(jing)體管(FET)。 

對於(yu)電路(lu)，您(nin)需要(yao)壹些(xie)組件(jian)，而(er)且都很便宜(yi)。因(yin)此，您(nin)可(ke)以以較小的預(yu)算(suan)工作。盡(jin)管如此，它(ta)也有壹些(xie)缺點，包括(kuo)復(fu)位(wei)電阻(zu)器(qi)的功(gong)耗限(xian)制(zhi)。此外，您(nin)系(xi)統(tong)的輸入(ru)驅動信號(hao)將(jiang)決(jue)定(ding)壓(ya)電聲量。因(yin)此，如果(guo)您(nin)選擇(ze)基本(ben)電路(lu)，您(nin)將(jiang)不(bu)得(de)不(bu)忍(ren)受這些(xie)限制(zhi)。 

此外，請註(zhu)意(yi)，您(nin)不(bu)壹(yi)定(ding)必(bi)須將(jiang)壓電蜂(feng)鳴(ming)器(qi)連(lian)接(jie)到(dao)正極(ji)端(duan)子。當您(nin)將(jiang)其(qi)連(lian)接到電路(lu)接地(di)時(shi)，它(ta)將(jiang)同樣(yang)有(you)效地發(fa)揮(hui)作用(yong)。 

3. 為(wei)基本(ben)的壓電傳感(gan)器(qi)驅動電路(lu)添加(jia)緩沖器(qi)

演(yan)講(jiang)者

通(tong)過(guo)增加緩沖器(qi)可(ke)以避(bi)免上述(shu)電路(lu)中復位(wei)電阻(zu)的問題。對(dui)於(yu)這個電路(lu)，妳應(ying)該(gai)添(tian)加(jia)兩個緩沖晶體管(guan)來(lai)解(jie)決(jue)換能器(qi)阻(zu)抗問題。盡(jin)管如此，這無(wu)疑(yi)會(hui)影響系(xi)統(tong)的供(gong)電。驅動電壓(ya)將(jiang)降低(di)約 1.2 伏(fu)，但(dan)連接(jie)將(jiang)完(wan)全(quan)阻止(zhi)傳感(gan)器(qi)阻(zu)抗。 

另外值得(de)註意(yi)的是，您(nin)可(ke)以將(jiang)壓電發(fa)聲器(qi)連(lian)接(jie)到(dao)正極(ji)或(huo)接(jie)地端子。無論您(nin)以(yi)何種方式(shi)連(lian)接(jie)它(ta)，都不(bu)會(hui)影響聲音(yin)組件(jian)的性能。

您(nin)仍(reng)然可(ke)以通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)理論電路(lu)的連接(jie)來(lai)提(ti)高(gao)驅動電壓(ya)。您(nin)需要(yao)做的就(jiu)是修改(gai) BJT 緩沖器(qi)在(zai)電路(lu)上的位(wei)置(zhi)。或者，您(nin)可(ke)以使(shi)用 FET 緩沖器(qi)代(dai)替(ti) BJT 緩沖器(qi)，電路(lu)將(jiang)具有同樣(yang)的功(gong)能。 

4. 半(ban)橋(qiao)和(he)全(quan)橋驅動電路(lu)

電器(qi)元(yuan)件(jian)

驅動電路(lu)有很(hen)多種，但沒有壹(yi)種(zhong)能像這種(zhong)連(lian)接壹(yi)樣有(you)效(xiao)。它(ta)是對(dui)先前(qian)電路(lu)的改(gai)進，並(bing)允許使(shi)用範圍廣(guang)泛(fan)的分立(li)元(yuan)件(jian)。以(yi)前(qian)的模擬驅動器(qi)電路(lu)難以(yi)交(jiao)付，尤其(qi)是當您(nin)使(shi)用分立(li)元(yuan)件(jian)時(shi)。 

您(nin)可(ke)以使(shi)用半(ban)橋(qiao)驅動器(qi)或(huo)全(quan)橋驅動器(qi)，具體取決(jue)於(yu)您(nin)的連接(jie)。當您(nin)使(shi)用推挽(wan)緩沖器(qi)時(shi)，這將(jiang)產(chan)生(sheng)半(ban)橋(qiao)緩沖器(qi)。另壹方面(mian)，當驅動器(qi)電路(lu)異(yi)相(xiang)時，您(nin)將(jiang)創建(jian)壹(yi)個全(quan)橋驅動器(qi)。對(dui)於(yu)全(quan)橋驅動器(qi)，您(nin)可(ke)以通(tong)過(guo)將(jiang)壓電發(fa)聲器(qi)連(lian)接(jie)到(dao)電路(lu)的輸出(chu)引腳來(lai)使(shi)用它(ta)。 

使(shi)用全(quan)橋驅動器(qi)，您(nin)可(ke)以獲(huo)得(de)兩倍於(yu)其(qi)他(ta)電路(lu)可(ke)實現(xian)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的優勢。隨後，輸出(chu)音量將(jiang)高(gao)於(yu)基本(ben)電路(lu)或半(ban)橋(qiao)電路(lu)的音量。您(nin)可(ke)以通(tong)過(guo)在相(xiang)同的輸入(ru)交流電壓(ya)上連(lian)接(jie)三個電路(lu)來(lai)測試(shi)這壹(yi)點。 

由(you)於(yu)最(zui)佳(jia)輸(shu)出(chu)電壓(ya)範圍，您(nin)會(hui)在電動機中找到(dao)這些(xie)類型(xing)的驅動器(qi)電路(lu)。您(nin)還(hai)可(ke)以便宜(yi)地(di)訪(fang)問兩個橋接(jie)電路(lu)。因(yin)此，它(ta)是壹(yi)種您(nin)可(ke)以輕松(song)獲(huo)取和(he)使(shi)用的集(ji)成(cheng)電路(lu)。 

5. 諧(xie)振驅動電路(lu)

壹塊(kuai)電路(lu)板 

您(nin)可(ke)以創建(jian)諧(xie)振驅動器(qi)電路(lu)來(lai)為(wei)外部驅動壓電蜂(feng)鳴(ming)器(qi)供(gong)電，而(er)不(bu)是上(shang)述(shu)電路(lu)。您(nin)需要(yao)壹個分立(li)電感(gan)器(qi)，您(nin)的系統(tong)將(jiang)通(tong)過(guo)基本(ben)驅動器(qi)電路(lu)的寄生(sheng)電容(rong)概念(nian)運(yun)行。諧(xie)振電路(lu)通(tong)過(guo)電感(gan)器(qi)和(he)電容(rong)器(qi)之(zhi)間的能量存儲(chu)和(he)傳輸(shu)的簡單(dan)原理工作。 

只(zhi)要(yao)您(nin)有(you)這些(xie)電路(lu)組件(jian)，您(nin)就(jiu)可(ke)以在電路(lu)板上組裝連(lian)接(jie)。考慮到(dao)易(yi)於(yu)組裝，諧(xie)振電路(lu)首先也將(jiang)是非常(chang)有利(li)的。其(qi)次，它(ta)具有電氣(qi)效(xiao)率(lv)，也保證了(le)比電源(yuan)電壓(ya)更(geng)高(gao)的輸出(chu)範圍。  

電感(gan)器(qi) 

盡(jin)管(guan)如此，諧(xie)振電路(lu)將(jiang)僅以(yi)恒(heng)定頻率(lv)運(yun)行。因(yin)此，您(nin)不(bu)能使(shi)用它(ta)來(lai)驅動需要(yao)寬頻率(lv)範圍的壓電致(zhi)動器(qi)。這個恒定(ding)頻率(lv)也會(hui)影響電感(gan)器(qi)的效率(lv)。值得(de)註意(yi)的是，您(nin)可(ke)以選擇(ze)比(bi)普(pu)通(tong)電路(lu)部件(jian)更(geng)大或更(geng)重的電感(gan)器(qi)。它(ta)不(bu)會(hui)以任何(he)方(fang)式(shi)影響(xiang)系(xi)統(tong)的音頻。 

換能器(qi)的這種(zhong)寄生(sheng)電容(rong)也會(hui)影響系(xi)統(tong)的有效(xiao)性。很多廠家沒有照顧到(dao)這方(fang)面(mian)；因(yin)此，您(nin)必(bi)須在操(cao)作過(guo)程中忍(ren)受它(ta)。最(zui)後，您(nin)還(hai)將(jiang)努力(li)對(dui)該(gai)系(xi)統(tong)的運(yun)行機制(zhi)進行(xing)建(jian)模。因(yin)此，在(zai)設計階(jie)段，您(nin)將(jiang)不(bu)得(de)不(bu)在(zai)實驗(yan)室(shi)中花費更(geng)多時間。盡管如此，盡(jin)管存在這些(xie)限制(zhi)，您(nin)仍(reng)將(jiang)受益(yi)於(yu)它(ta)所保證(zheng)的高(gao)效(xiao)率(lv)。