Wenn Sie Produkte wie ein Haushaltsgerät, eine Sicherheitstafel, ein Türsprechsystem oder ein Computerperipheriegerät entwerfen, entscheiden Sie sich möglicherweise für die Verwendung eines Summers als einziges Mittel zur Interaktion mit Benutzern oder als Teil einer anspruchsvolleren Benutzeroberfläche.
Von Bruce Rose, leitender Anwendungsingenieur, CUI Devices
In beiden Fällen kann der Summer ein kostengünstiges und zuverlässiges Mittel sein, um einen Befehl zu bestätigen, den Status einer Ausrüstung oder eines Prozesses anzuzeigen, eine Interaktion anzuregen oder einen Alarm auszulösen.
Grundsätzlich handelt es sich bei einem Summer normalerweise um einen magnetischen oder piezoelektrischen Typ.Ihre Wahl kann von den Eigenschaften des Antriebssignals oder der erforderlichen Audio-Ausgangsleistung und dem verfügbaren physischen Platz abhängen.Sie können auch zwischen Anzeige- und Wandlertypen wählen, abhängig von den gewünschten Tönen und den Ihnen zur Verfügung stehenden Fähigkeiten im Bereich Schaltungsdesign.
Werfen wir einen Blick auf die Prinzipien hinter den verschiedenen Mechanismen und überlegen wir dann, ob der magnetische oder der Piezo-Typ (und die Wahl des Indikators oder Aktors) für Ihr Projekt geeignet sein könnten.
Magnetische Summer
Magnetische Summer sind im Wesentlichen strombetriebene Geräte, die typischerweise mehr als 20 mA zum Betrieb benötigen.Die angelegte Spannung kann nur 1,5 V oder bis zu etwa 12 V betragen.
Wie Abbildung 1 zeigt, besteht der Mechanismus aus einer Spule und einer flexiblen ferromagnetischen Scheibe.Wenn der Strom durch die Spule fließt, wird die Scheibe von der Spule angezogen und kehrt in ihre normale Position zurück, wenn kein Strom fließt.
Durch diese Auslenkung der Scheibe kommt es zu einer Bewegung der Luft in der Umgebung, die vom menschlichen Ohr als Schall interpretiert wird.Der Strom durch die Spule wird durch die angelegte Spannung und die Spulenimpedanz bestimmt.
Abbildung 1. Aufbau und Funktionsprinzip des magnetischen Summers.
Piezo-Summer
Abbildung 2 zeigt die Elemente eines Piezo-Summers.Eine Scheibe aus piezoelektrischem Material wird an den Rändern in einem Gehäuse gehalten und auf beiden Seiten der Scheibe werden elektrische Kontakte hergestellt.Eine an diese Elektroden angelegte Spannung führt zu einer Verformung des piezoelektrischen Materials, was zu einer Luftbewegung führt, die als Schall wahrgenommen werden kann.
Im Gegensatz zum magnetischen Summer ist der Piezo-Summer ein spannungsbetriebenes Gerät;Die Betriebsspannung ist normalerweise höher und kann zwischen 12 V und 220 V liegen, während der Strom weniger als 20 mA beträgt.Der Piezo-Summer ist als Kondensator modelliert, während der magnetische Summer als Spule in Reihe mit einem Widerstand modelliert ist.
Abbildung 2. Aufbau des Piezo-Summers.
Bei beiden Typen wird die Frequenz des resultierenden akustischen Tons durch die Frequenz des Fahrsignals bestimmt und kann in einem weiten Bereich gesteuert werden.Während Piezo-Summer hingegen eine einigermaßen lineare Beziehung zwischen der Eingangssignalstärke und der Ausgangs-Audioleistung aufweisen, fällt die Audioleistung magnetischer Summer mit abnehmender Signalstärke stark ab.
Die Eigenschaften des verfügbaren Antriebssignals können Einfluss darauf haben, ob Sie für Ihre Anwendung einen magnetischen oder einen Piezo-Summer wählen.Wenn es jedoch auf die Lautstärke ankommt, können Piezo-Summer in der Regel einen höheren Schalldruckpegel (SPL) erzeugen als magnetische Summer, haben aber tendenziell auch eine größere Stellfläche.
Anzeiger oder Wandler
Die Entscheidung, ob ein Indikator- oder Wandlertyp gewählt wird, richtet sich nach der Bandbreite der benötigten Töne und dem Design der zugehörigen Schaltung zur Ansteuerung und Steuerung des Summers.
Eine Anzeige ist mit einer im Gerät integrierten Treiberschaltung ausgestattet.Dies vereinfacht das Schaltungsdesign (Abbildung 3) und ermöglicht einen Plug-and-Play-Ansatz bei gleichzeitig geringerer Flexibilität.Während Sie nur eine Gleichspannung anlegen müssen, können Sie nur ein kontinuierliches oder gepulstes Audiosignal erhalten, da die Frequenz intern festgelegt ist.Das bedeutet, dass Mehrfrequenztöne wie Sirenen oder Glocken mit Blinkersummern nicht möglich sind.
Abbildung 3. Ein Anzeigesummer erzeugt einen Ton, wenn eine Gleichspannung angelegt wird.
Da kein Treiberschaltkreis eingebaut ist, bietet Ihnen ein Wandler die Flexibilität, mit verschiedenen Frequenzen oder beliebigen Wellenformen eine Vielzahl von Klängen zu erzeugen.Neben einfachen Dauer- oder Impulstönen können Sie auch Töne wie Mehrtonwarnungen, Sirenen oder Glockenspiele erzeugen.
Abbildung 4 zeigt die Anwendungsschaltung für einen magnetischen Wandler.Der Schalter ist typischerweise ein Bipolartransistor oder FET und wird zur Verstärkung der Anregungswellenform verwendet.Aufgrund der Induktivität der Spule wird die im Diagramm gezeigte Diode benötigt, um die Rücklaufspannung zu begrenzen, wenn der Transistor schnell ausgeschaltet wird.
Abbildung 4. Ein magnetischer Wandler benötigt ein Anregungssignal, einen Verstärkertransistor und eine Diode, um die induzierte Rücklaufspannung zu verarbeiten.
Sie können eine ähnliche Anregungsschaltung mit einem Piezowandler verwenden.Da der Piezowandler eine geringe Induktivität hat, ist eine Diode nicht erforderlich.Die Schaltung benötigt jedoch eine Möglichkeit, die Spannung bei geöffnetem Schalter zurückzusetzen. Dies kann durch Hinzufügen eines Widerstands anstelle der Diode erreicht werden, allerdings auf Kosten einer höheren Verlustleistung.
Man kann den Schallpegel auch erhöhen, indem man die am Wandler angelegte Spitze-zu-Spitze-Spannung erhöht.Wenn Sie eine Vollbrückenschaltung wie in Abbildung 5 verwenden, ist die angelegte Spannung doppelt so groß wie die verfügbare Versorgungsspannung, was zu einer um etwa 6 dB höheren Audio-Ausgangsleistung führt.
Abbildung 5. Durch die Verwendung einer Brückenschaltung kann die an den Piezowandler angelegte Spannung verdoppelt werden, was zu einer zusätzlichen Audioleistung von 6 dB führt.
Abschluss
Summer sind einfach und kostengünstig und die Auswahl ist auf vier Grundkategorien beschränkt: magnetisch oder piezoelektrisch, Anzeige oder Wandler.Magnetische Summer können mit niedrigeren Spannungen betrieben werden, erfordern jedoch höhere Antriebsströme als Piezo-Typen.Piezo-Summer können einen höheren Schalldruckpegel erzeugen, haben aber tendenziell eine größere Stellfläche.
Sie können einen Anzeigesummer nur mit Gleichspannung betreiben oder einen Wandler für anspruchsvollere Töne wählen, wenn Sie in der Lage sind, die erforderlichen externen Schaltkreise hinzuzufügen.Glücklicherweise bietet CUI Devices eine Reihe magnetischer und Piezo-Summer als Anzeige- oder Wandlertyp an, um die Auswahl eines Summers für Ihr Design noch einfacher zu machen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 12. September 2023
