Nếu bạn đang thiết kế các sản phẩm như thiết bị gia dụng, bảng an ninh, hệ thống cửa ra vào hoặc thiết bị ngoại vi máy tính, bạn có thể chọn sử dụng còi làm phương tiện duy nhất để tương tác với người dùng hoặc như một phần của giao diện người dùng phức tạp hơn.
Bởi Bruce Rose, Kỹ sư ứng dụng chính, CUI Devices
Trong cả hai trường hợp, còi có thể là một phương tiện rẻ tiền và đáng tin cậy để nhận lệnh, cho biết trạng thái của thiết bị hoặc quy trình, nhắc nhở tương tác hoặc đưa ra cảnh báo.
Về cơ bản, còi thường là loại từ tính hoặc áp điện.Lựa chọn của bạn có thể phụ thuộc vào đặc điểm của tín hiệu ổ đĩa hoặc công suất âm thanh đầu ra cần thiết và không gian vật lý sẵn có.Bạn cũng có thể chọn giữa loại chỉ báo và loại đầu dò, tùy thuộc vào âm thanh bạn muốn và kỹ năng thiết kế mạch có sẵn cho bạn.
Chúng ta hãy xem xét các nguyên tắc đằng sau các cơ chế khác nhau và sau đó xem xét liệu loại từ tính hay áp điện (và việc lựa chọn bộ chỉ báo hoặc bộ truyền động) có thể phù hợp với dự án của bạn hay không.
Còi từ
Bộ rung từ tính về cơ bản là thiết bị chạy bằng dòng điện, thường cần dòng điện lớn hơn 20mA để hoạt động.Điện áp áp dụng có thể thấp tới 1,5V hoặc lên đến khoảng 12V.
Như hình 1 cho thấy, cơ cấu này bao gồm một cuộn dây và một đĩa sắt từ linh hoạt.Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, đĩa bị hút về phía cuộn dây và trở về vị trí bình thường khi dòng điện không chạy.
Sự lệch của đĩa này làm cho không khí ở khu vực lân cận chuyển động và điều này được tai người hiểu là âm thanh.Dòng điện qua cuộn dây được xác định bởi điện áp đặt vào và trở kháng của cuộn dây.
Hình 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của còi từ.
còi Piezo
Hình 2 cho thấy các phần tử của bộ rung Piezo.Một đĩa bằng vật liệu áp điện được đỡ ở các cạnh của vỏ và các tiếp điểm điện được chế tạo ở hai mặt của đĩa.Một điện áp đặt vào các điện cực này làm cho vật liệu áp điện biến dạng, dẫn đến chuyển động của không khí có thể được phát hiện dưới dạng âm thanh.
Ngược lại với bộ rung từ, bộ rung áp điện là một thiết bị chạy bằng điện áp;điện áp hoạt động thường cao hơn và có thể nằm trong khoảng từ 12V đến 220V, trong khi dòng điện nhỏ hơn 20mA.Bộ rung áp điện được mô hình hóa như một tụ điện, trong khi bộ rung từ tính được mô hình hóa như một cuộn dây nối tiếp với một điện trở.
Hình 2. Cấu trúc còi Piezo.
Đối với cả hai loại, tần số của âm thanh nghe được được xác định bởi tần số của tín hiệu điều khiển và có thể được kiểm soát trên phạm vi rộng.Mặt khác, trong khi bộ rung áp điện thể hiện mối quan hệ tuyến tính hợp lý giữa cường độ tín hiệu đầu vào và công suất âm thanh đầu ra, công suất âm thanh của bộ rung từ tính giảm mạnh khi cường độ tín hiệu giảm dần.
Các đặc điểm của tín hiệu truyền động mà bạn có sẵn có thể ảnh hưởng đến việc bạn chọn bộ rung từ tính hay áp điện cho ứng dụng của mình.Tuy nhiên, nếu độ ồn là yêu cầu chính thì bộ rung áp điện thường có thể tạo ra Mức áp suất âm thanh (SPL) cao hơn bộ rung từ tính nhưng cũng có xu hướng để lại dấu chân lớn hơn.
Chỉ báo hoặc đầu dò
Quyết định chọn loại chỉ báo hay loại đầu dò được hướng dẫn bởi phạm vi âm thanh cần thiết và thiết kế của mạch điện liên quan để điều khiển và điều khiển còi.
Một chỉ báo đi kèm với mạch điều khiển được tích hợp trong thiết bị.Điều này giúp đơn giản hóa việc thiết kế mạch (hình 3), cho phép sử dụng phương pháp cắm và chạy, đổi lại tính linh hoạt sẽ giảm đi.Mặc dù bạn chỉ cần sử dụng điện áp một chiều nhưng người ta chỉ có thể nhận được tín hiệu âm thanh liên tục hoặc dạng xung do tần số đã được cố định bên trong.Điều này có nghĩa là không thể sử dụng được các âm thanh đa tần số như còi báo động hoặc chuông bằng còi báo.
Hình 3. Còi báo phát ra âm thanh khi cấp điện áp một chiều.
Không có mạch điều khiển tích hợp, bộ chuyển đổi mang đến cho bạn sự linh hoạt để đạt được nhiều loại âm thanh bằng cách sử dụng nhiều tần số hoặc dạng sóng tùy ý.Ngoài các âm thanh xung hoặc liên tục cơ bản, bạn có thể tạo ra các âm thanh như cảnh báo nhiều giai điệu, còi báo động hoặc chuông.
Hình 4 cho thấy mạch ứng dụng của bộ chuyển đổi từ tính.Công tắc thường là một bóng bán dẫn lưỡng cực hoặc FET và được sử dụng để khuếch đại dạng sóng kích thích.Do độ tự cảm của cuộn dây nên cần có diode hiển thị trong sơ đồ để kẹp điện áp flyback khi bóng bán dẫn bị tắt nhanh.
Hình 4. Bộ chuyển đổi từ tính cần có tín hiệu kích thích, bóng bán dẫn khuếch đại và điốt để xử lý điện áp phản hồi cảm ứng.
Bạn có thể sử dụng mạch kích thích tương tự với bộ chuyển đổi áp điện.Bởi vì bộ chuyển đổi áp điện có độ tự cảm thấp nên không cần đến diode.Tuy nhiên, mạch cần một phương tiện để đặt lại điện áp khi công tắc mở, điều này có thể được thực hiện bằng cách thêm một điện trở thay cho diode, với chi phí tiêu tán công suất cao hơn.
Người ta cũng có thể tăng mức âm thanh bằng cách tăng điện áp từ đỉnh đến đỉnh được áp dụng trên đầu dò.Nếu bạn sử dụng mạch toàn cầu như trong hình 5, điện áp đặt vào sẽ lớn gấp đôi điện áp nguồn hiện có, mang lại cho bạn công suất âm thanh đầu ra cao hơn khoảng 6dB.
Hình 5. Sử dụng mạch cầu có thể tăng gấp đôi điện áp cấp vào bộ chuyển đổi áp điện, giúp tăng thêm công suất âm thanh 6 dB.
Phần kết luận
Bộ rung rất đơn giản và rẻ tiền, và các lựa chọn được giới hạn ở bốn loại cơ bản: từ tính hoặc áp điện, bộ chỉ thị hoặc bộ chuyển đổi.Bộ rung từ có thể hoạt động ở điện áp thấp hơn nhưng yêu cầu dòng điện cao hơn loại áp điện.Bộ rung Piezo có thể tạo ra SPL cao hơn nhưng có xu hướng chiếm diện tích lớn hơn.
Bạn có thể vận hành bộ rung chỉ báo chỉ với điện áp một chiều hoặc chọn bộ chuyển đổi để có âm thanh phức tạp hơn nếu bạn có thể thêm mạch điện bên ngoài cần thiết.Rất may, CUI Devices cung cấp nhiều loại bộ rung từ tính và áp điện ở cả loại chỉ báo hoặc bộ chuyển đổi để giúp việc lựa chọn bộ rung cho thiết kế của bạn trở nên dễ dàng hơn.
Thời gian đăng: Sep-12-2023
