關(guān)于壓電驅(qū)動(dòng)電路，我們經(jīng)常需要測(cè)量溫度、聲壓、機(jī)械應(yīng)力等物理量。一個(gè)換能器是我們可以用它來(lái)測(cè)量這種量的任何設(shè)備。通常，換能器的作用是將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 

存在多種換能器，壓電換能器就是其中之一。任何使用這種換能器的設(shè)備都可以將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。盡管如此，價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的問(wèn)題是壓電換能器如何工作？  

本壓電驅(qū)動(dòng)電路指南將解釋該系統(tǒng)的電路及其常用設(shè)計(jì)技術(shù)。 

一、壓電驅(qū)動(dòng)電路工作原理

電工 

您首先需要了解壓電蜂鳴器的組成。有些材料具有壓電特性，您會(huì)在任何壓電蜂鳴器中找到它們。它們包括石英、聚偏二氟乙烯、鋯鈦酸鉛 (PZT)和羅謝爾鹽等。 

在典型的驅(qū)動(dòng)電路中，您會(huì)發(fā)現(xiàn)涂有導(dǎo)電材料的壓電發(fā)聲器。當(dāng)您在傳導(dǎo)表面上施加聲壓時(shí)，壓電元件的離子將變得活躍。因此，離子將從導(dǎo)電材料的一端移動(dòng)到另一端。 

因此，這將導(dǎo)致電荷的產(chǎn)生。輸出電荷隨后對(duì)原始聲壓的校準(zhǔn)至關(guān)重要。 

請(qǐng)注意，該應(yīng)力可以是拉伸的或壓縮的。因此，壓電元件的應(yīng)力類型和方向?qū)Q定輸出信號(hào)的強(qiáng)度。 

此外，請(qǐng)注意音頻輸出將取決于輸入交流電壓的量。 

2. 基本壓電驅(qū)動(dòng)電路

電器元件 

該電路只需要很少的組件，包括一個(gè)電子開(kāi)關(guān)、一個(gè)復(fù)位電阻器和一個(gè)壓電蜂鳴器。您可以為開(kāi)關(guān)包含一個(gè)雙極結(jié)型晶體管(BJT) 或場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。 

對(duì)于電路，您需要一些組件，而且都很便宜。因此，您可以以較小的預(yù)算工作。盡管如此，它也有一些缺點(diǎn)，包括復(fù)位電阻器的功耗限制。此外，您系統(tǒng)的輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)將決定壓電聲量。因此，如果您選擇基本電路，您將不得不忍受這些限制。 

此外，請(qǐng)注意，您不一定必須將壓電蜂鳴器連接到正極端子。當(dāng)您將其連接到電路接地時(shí)，它將同樣有效地發(fā)揮作用。 

3. 為基本的壓電傳感器驅(qū)動(dòng)電路添加緩沖器

演講者

通過(guò)增加緩沖器可以避免上述電路中復(fù)位電阻的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)電路，你應(yīng)該添加兩個(gè)緩沖晶體管來(lái)解決換能器阻抗問(wèn)題。盡管如此，這無(wú)疑會(huì)影響系統(tǒng)的供電。驅(qū)動(dòng)電壓將降低約 1.2 伏，但連接將完全阻止傳感器阻抗。 

另外值得注意的是，您可以將壓電發(fā)聲器連接到正極或接地端子。無(wú)論您以何種方式連接它，都不會(huì)影響聲音組件的性能。

您仍然可以通過(guò)改變理論電路的連接來(lái)提高驅(qū)動(dòng)電壓。您需要做的就是修改 BJT 緩沖器在電路上的位置。或者，您可以使用 FET 緩沖器代替 BJT 緩沖器，電路將具有同樣的功能。 

4. 半橋和全橋驅(qū)動(dòng)電路

電器元件

驅(qū)動(dòng)電路有很多種，但沒(méi)有一種能像這種連接一樣有效。它是對(duì)先前電路的改進(jìn)，并允許使用范圍廣泛的分立元件。以前的模擬驅(qū)動(dòng)器電路難以交付，尤其是當(dāng)您使用分立元件時(shí)。 

您可以使用半橋驅(qū)動(dòng)器或全橋驅(qū)動(dòng)器，具體取決于您的連接。當(dāng)您使用推挽緩沖器時(shí)，這將產(chǎn)生半橋緩沖器。另一方面，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器電路異相時(shí)，您將創(chuàng)建一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于全橋驅(qū)動(dòng)器，您可以通過(guò)將壓電發(fā)聲器連接到電路的輸出引腳來(lái)使用它。 

使用全橋驅(qū)動(dòng)器，您可以獲得兩倍于其他電路可實(shí)現(xiàn)輸出功率的優(yōu)勢(shì)。隨后，輸出音量將高于基本電路或半橋電路的音量。您可以通過(guò)在相同的輸入交流電壓上連接三個(gè)電路來(lái)測(cè)試這一點(diǎn)。 

由于最佳輸出電壓范圍，您會(huì)在電動(dòng)機(jī)中找到這些類型的驅(qū)動(dòng)器電路。您還可以便宜地訪問(wèn)兩個(gè)橋接電路。因此，它是一種您可以輕松獲取和使用的集成電路。 

5. 諧振驅(qū)動(dòng)電路

一塊電路板 

您可以創(chuàng)建諧振驅(qū)動(dòng)器電路來(lái)為外部驅(qū)動(dòng)壓電蜂鳴器供電，而不是上述電路。您需要一個(gè)分立電感器，您的系統(tǒng)將通過(guò)基本驅(qū)動(dòng)器電路的寄生電容概念運(yùn)行。諧振電路通過(guò)電感器和電容器之間的能量存儲(chǔ)和傳輸?shù)暮?jiǎn)單原理工作。 

只要您有這些電路組件，您就可以在電路板上組裝連接。考慮到易于組裝，諧振電路首先也將是非常有利的。其次，它具有電氣效率，也保證了比電源電壓更高的輸出范圍。  

電感器 

盡管如此，諧振電路將僅以恒定頻率運(yùn)行。因此，您不能使用它來(lái)驅(qū)動(dòng)需要寬頻率范圍的壓電致動(dòng)器。這個(gè)恒定頻率也會(huì)影響電感器的效率。值得注意的是，您可以選擇比普通電路部件更大或更重的電感器。它不會(huì)以任何方式影響系統(tǒng)的音頻。 

換能器的這種寄生電容也會(huì)影響系統(tǒng)的有效性。很多廠家沒(méi)有照顧到這方面；因此，您必須在操作過(guò)程中忍受它。最后，您還將努力對(duì)該系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行建模。因此，在設(shè)計(jì)階段，您將不得不在實(shí)驗(yàn)室中花費(fèi)更多時(shí)間。盡管如此，盡管存在這些限制，您仍將受益于它所保證的高效率。