Actieve vs passieve piezo buzzer

Intro
Momenteel sleutel ik aan een electronica-project waarin een piezo buzzer wordt gebruikt. Standaard gebruik ik een actieve piezo buzzer. Handig, want je kunt met 3.3V schakelen, een luid piepje eruit krijgen.

De pieper
Om een indruk te geven over wat voor ding ik het heb :
https://www.uploadarchief.net/files/download/piezob.jpg
Het ding is 12mm in diameter, en iets van 9mm hoog.

Verkleinen
Omdat ik de gehele print wil verkleinen, ben ik op zoek gegaan naar allerlei miniatuur actieve piezo's. Dat verliep zonder succes, vandaar dat ik het geprobeerd heb met een gewone passieve piezo, die eigenlijk identiek lijkt op eerder vermelde piezo. Er zijn namelijk voldoende kleinere passieve piezo's te vinden / te koop.
Voor het aansturen, heb ik het volgende schema gebruikt :

https://www.uploadarchief.net/files/download/ast_multivibr_piezo.gif

Volume-probleem
Op zich werkt het wel, maar het volume is beduidend lager dan met een actieve piezo, bij dezelfde spanning (3.3V). Ik heb ook een kleinere passieve (SMD)versie gekocht (bij Voti) om ook mee te experimenteren. Het resultaat is bijna identiek als de eerstgenoemde passieve piezo : hetzelfde lage volume. Kortom, met een passieve piezo behaal ik geen gelijkwaardig volume als met een actieve piezo op 3.3V.

Dan maar slopen
Voor mij een reden om een actieve piezo te slopen, in de hoop te ontdekken wat voor driver wordt gebruikt. Tsja, dat zat allemaal verstopt onder een dikke laag zwart spul. Het heeft me dan ook een paar piezo's gekost, voordat ik uiteindelijk het op de juiste manier had "gesloopt". Maar ja, toen bleek op het driver-printje een miniscule chip verborgen te zitten onder de bekende zwarte druppel (die niet los te krijgen is). Er valt ook verder geen eer aan te behalen, omdat daaronder geen herkenbaar chipje met serienummer o.i.d. zit.

De vraag
Vandaar dat ik hier de vraag stel : Heeft iemand een idee wat voor driver-schema wordt gebruikt bij een actieve piezo ?

P.S. Ter aanvulling : de piepjes duren maar een paar ms per keer.

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...
maartenbakker

Golden Member

Zeker weten dat er in de actieve piezo geen opslingerspoeltje zit?

Verder loont het om (desnoods op het gehoor met een toonfiets) de resonantiefrequentie te bepalen, dat scheelt ettelijke dB's.

www.elba-elektro.nl | "The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."

in het getoonde schema trekt T2 de piezo hard naar nul als die aanstaat. Dan staat er precies 0V over de piezo.... Als ie niet aanstaat, trekt R4 de piezo zachtjes naar de 3.3V. Tja. Zacht dus.

Plan A: Hang de buzzer tussen 3.3V (VCC) en waar ie nu hangt. Als je wilt draai je hem om (+ aan VCC - aan collector.... ik denk niet dat het uitmaakt).

Plan B: Versterk het "omhoog" signaal van R4 met een tor. Emitter volger aan R4 en een diode om T2 z'n werk te laten doen.

EDIT: Oh. Wacht. Hij hangt NIET met z'n - aan de GND. Tja. Kijk eens wat er gebeurt als je dat wel doet?

[Bericht gewijzigd door rew op donderdag 23 maart 2017 07:35:28 (10%)

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Volgens mij hebben die actieve buzzers 3 aansluitingen aan dat piezo element om voor de terugkoppeling te zorgen en dit zorgt er ook voor dat die elementen op hun eigen frequentie piepen zodat het volume maximaal is.

Je moet een schema hebben waar de + en de - aan dat element omwisselen zodat je maximale uitslag hebt van dat kristal, dat kan door een spoel te gebruiken of een inverter (digitale)

Dat schema dat je nu gebruikt is niet goed.

Misschien eens googlen op een ander schema.

LDmicro user.

MGP, dat schema blijkt toch symmetrisch te zijn!De min hangt niet aan GND maar aan de andere collector. Jij bent er ook ingetrapt.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
mel

Golden Member

Iedere piezo buzzer heeft een resonantiefrequentie.
Het is een eigenschap van piezo, zelfde als een kristal, dat er 1 frequentie is , waarop het ding het best gaat oscilleren, de resonantiefrequentie.
Het is de zaak om juist DIE frequentie ook toe te voegen aan het ding.

u=ir betekent niet :U bent ingenieur..

@maartenbakker : Ik meende een draadgewonden weerstand gezien te hebben (afgebroken) en kon het niet meer na meten. Na je opmerking over een opslingerspoeltje begin ik nu toch te twijfelen. Zo onlogisch is het niet. Maar dan is nog steeds niet te achterhalen hoe het schema was vanwege die "blob" (*).

Als test heb ik inderdaad ook eens de piezo met 1 poot aan de 3V3 gesoldeerd en ook -als test- een keer (hetzelfde pootje) naar de GND. Het werd iets luider, maar lang niet zo luid als de actieve piezo.

(*) Of zou er dan onder die blob een MOSFET of transistor zitten ?

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...
Arco

Special Member

Passieve piezo zijn ook best heel goede in te vinden. Je moet dan wel een toon exact op de resonantiefrequentie opwekken.
Je vermeldt niet wat jij 'klein' noemt, en ook niet hoeveel dB die actieve piezo geeft...
Als het echt hard moet, wordt er meestal een extra smoorspoeltje parallel gezet met de piezo. (zeker bij 3.3v, da's erg weinig)

Die kleine buzzers met ingebouwde driver zijn trouwens meestal geen piezo, maar electromagnetische buzzers; die gaan veel harder...
(ik gebruik altijd electromagnetische; bij gelijke agfmetingen zijn die op lage spanning altijd veel harder als piezo soortgenoten, ze zijn ook goedkoper)

[Bericht gewijzigd door Arco op vrijdag 24 maart 2017 10:31:12 (14%)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com
Shiptronic

Overleden

Heb je geen functie generator die je er even aan kan hangen, heb je gelijk een idee wat de invloed is van de (resonantie)frequentie .

Wie de vraag stelt, zal met het antwoord moeten leren leven.

Die 22mH, klopt dat? Ik reken 22mA aan stroomverandering in de helft van een 3kHz periode.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Arco

Special Member

Ik probeer het meestal gewoon uit. Een waarde van 33...68mH kan soms beter werken...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Hmm,. inmiddels heb ik 3 schema's gevonden welke mogelijk zouden kunnen werken.

https://www.uploadarchief.net/files/download/slingerop.jpg

Zoals ik het heb begrepen dien ik de capaciteit van de piezo te meten / weten, want in alle 3 gevallen wordt een spoeltje gebruikt.
Verder heb ik zo geen toongenerator hier liggen, om te bepalen wat de resonantiefrequentie is (en dien dat dus nog in elkaar knutselen). Volgens mij ligt de resonantiefrequentie bij 2.6 KHz

Met klein bedoel ik de afmetingen. Momenteel is het printje iets van 25 x 12 mm. Daar zit nu dan een grote knol van een piezo op. Ik heb ook al ge-experimenteerd met piezo-schijfjes 12mm diameter, amper 0.5 mm dik), maar het leverde een bedroevend resultaat op. Die dingen moeten klaarblijkelijk in een behuizing geplaatst worden om voldoende geluid te genereren. Verder heb ik hier nog die van Voti liggen (9 x 9 x 5 mm) :

http://www.voti.nl/common/lsp_3.jpg

Deze zijn klein, al heb ik ze nog kleiner gezien. Dat is eigenlijk waar ik naartoe wil gaan.

Maar welke van de 3 schema's zou het beste werken ?

-=[ EDIT 1 ]=-
@ShipTronic : Daar had ik nooit aan gedacht ! Dat is inderdaad handig. Dat vereist een beetje soldeerwerk met een aansluitstekkertje en dan een programma waarmee een toon gegenereerd kan worden over de geluidskaart.

-=[ EDIT 2 ]=-
Inmiddels een simpel HTML-file gevonden waarmee een toon gegenereerd kan worden. Elke gewenste frequentie kan ingesteld worden. De sliderbar kan tot 1760, maar door wat te rommelen in de code, heb ik het meteen kunnen aanpassen naar 3200 Hz als max. Ik ga weer verder sleutelen.

@MaartenBakker : Bedankt ! Ik ga het eens bouwen volgens dat schema. Trouwens, kan het ook met een transistor (BC547 ipv 2N7002) ?

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...
Shiptronic

Overleden

Tip, een audio kaart in een computer is ook een prima frequentie generator ;)

Wie de vraag stelt, zal met het antwoord moeten leren leven.
maartenbakker

Golden Member

Het derde schema ziet er voor mij het meest vertrouwd uit, dat is gewoon een boost-converter. Ik zou zelf nog even experimenteren wat hij doet als je ook de diode weglaat.

Ik weet niet zeker of je de capaciteit van je piezo mee hoeft te nemen in je berekening. Het gaat hier om mechanische resonantie dus misschien hoef (kan?) je de kring niet zodanig dimensioneren dat je tegelijk ook resonantie in je aansturing hebt.

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op vrijdag 24 maart 2017 22:22:26 (10%)

www.elba-elektro.nl | "The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."
Arco

Special Member

Het 2e schema (en dat wat ik postte dus) werkt prima. Wel een BC546 o.i.d. gebruiken, omdat de spanning (te) hoog op kan lopen voor bijv. een BC547.
Schema wordt ook gebruikt in Murata application notes.
Ik heb er al heel wat getest, en over het algemeen worden ze zachter als ze kleiner worden (wat ook logisch is). Die van Kingsound doen het 't best.
Je kunt voor volume beter zo'n kleine 10mm electromagnetische sounder nemen. Op de juiste frequentie zijn ze oorverdovend hard. (veel harder als kleine piezo's)
Meeste SMD en/of kleinere sounders zijn bedroevend slecht...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Dankzij het HTML-bestandje (en geluidskaart) kwam ik erachter dat de Voti-piezo een resonantiefreqentie heeft van 3.350 Hz.

Ik kan nu denk ik wel verder met het stoeien met het schema.

Bedankt voor de info !

En voor degenen die ook een toongenerator zoeken, heb ik uit voorzorg hier de code maar neergeplempt, voordat het (na jaren) weer verdwijnt van de oorspronkelijke site :

code:


<!DOCTYPE html>
<html>
<head>
  <meta http-equiv="Content-type" content="text/html; charset=utf-8">
  <title>Tone Generator</title>

<script>
var context = null;
var usingWebAudio = true;
if (typeof AudioContext !== 'undefined') {
  context = new AudioContext();
} else if (typeof webkitAudioContext !== 'undefined') {
  context = new webkitAudioContext();
} else {
  usingWebAudio = false;
}
var playing = false;
var osc = null;
var freq = 440;
var STEP_CONSTANT = Math.pow(2.0, 1.0/12.0);
function toggle() {
  var button = document.getElementById("toggle");
  if (playing && osc) {
    playing = false;
    osc.stop(0);
    button.value = "Play";
  } else {
    playing = true;
    osc = context.createOscillator();
    osc.connect(context.destination);
    osc.frequency.value = freq;
    osc.start(0);
    button.value = "Stop";
  }
}
function updateFreq(newFreq) {
  freq = newFreq;
  if (osc) {
    osc.frequency.value = freq;
  }
  var text = document.getElementById("freqText").value = freq;
  var range = document.getElementById("freqRange").value = freq;
}
window.onload = function() {
  if (!usingWebAudio) {
    document.getElementById("audioControls").innerHTML = "<p>Web audio required.</p>"
  }
}
</script>
</head>

<body>
  <div id="audioControls">
    <input id="freqText" type="text" value="440" onchange="updateFreq(this.value)"/>
    <input type="button" value="-1 octave" onclick="updateFreq(freq / 2)"/>
    <input type="button" value="-1 half-step" onclick="updateFreq(freq / STEP_CONSTANT)"/>
    <input type="button" value="+1 half-step" onclick="updateFreq(freq * STEP_CONSTANT)"/>
    <input type="button" value="+1 octave" onclick="updateFreq(freq * 2)"/>
    <br>

    <input id="freqRange" type="range" min="0" max="4200" value="440" oninput="updateFreq(this.value)"/>
    <br>

    <input id="toggle" type="button" value="Play" onclick="toggle()"/>
  </div>
</body>
</html>

Je ziet in de tekst ergens "440" staan. Dat is de standaard ingestelde frequentie. Ook staat er de waarde "4200". Dat is de max. frequentie die je met de slider kunt instellen. Beide waarden kun je naar wens aanpassen.

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...
Shiptronic

Overleden

Wie de vraag stelt, zal met het antwoord moeten leren leven.
fatbeard

Honourable Member

Vanwaar de 'eis' van een piëzo pieper? Piëzo levert bij dezelfde afmetingen vrijwel altijd minder herrie dan een 'magnetic transducer' (a.k.a. luidspreker), en is lastiger aan te sturen (voor dezelfde herrie moet je aan een piëzo een veel hogere spanning aanbieden).
Met een opslinger spoeltje zoals @Arco voorstelt gaat dat wel, maar daar kleven ook weer nadelen aan (die voor een groot deel te vermijden zijn door het spoeltje en buzzer in serie te schakelen i.p.v. parallel).

Ik gebruik zelf altijd een magnetische transducer (CST931) i.c.m. een koptelefoon versterker IC'tje van National Semiconductor; dat levert een behoorlijk pak herrie.
Het toontje wordt door de CPU gegenereerd, je kunt dat via een PWM output doen of via D/A conversie (klinkt mooier).
Deze oplossing bleek ook nog eens goedkoper dan een 'zelfpieper'...

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

@Fatbeard : Ik heb ook al een iPhone 4 "earspeaker" eraan gehangen (gemeten optimale frequentie : 3200 Hz).
Maar daar waren de resultaten echt bedroevend van.

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...
Arco

Special Member

Ja, da's ook logisch; die zijn daar niet voor gemaakt... (mag zelfs niet om je oren te sparen)
Als je zo'n 10mm EM buzzer gebruikt maakt die op 5m afstand echt nog zoveel lawaai dat het pijn doet aan je oren. (en anders doe je iets verkeerd)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Zo, na lange tijd weer een melding over de voortgang. In de tussentijd heb ik diverse passieve "piezo" buzzers besteld en uitgeprobeerd met de 3 voorgestelde schema's.

Resultaat: ik krijg het maar niet aan de praat, zoals ik het voor ogen had. Vandaag ging ik eens de spanning verhogen, terwijl ik gepiep hoorde. Wat me opviel was dat de frequentie omhoog ging, maar het volume niet. Op een gegeven moment stopte het gepiep plots. Omdat ik toch wat nieuwsgierig ben aangelegd, besloot ik om 1 buzzer open te peuteren en er een foto van te maken :

https://www.uploadarchief.net/files/download/piezo_s.jpg
(Foto aanklikbaar voor 1300 x 1300 resolutie)

Zoals te zien is, zit een spoeltje om een neodymium-magneetje gewonden. Verder een dun schijfje met een rond stukje metaal erop. Ik begrijp nu dat het geluid stopte, omdat het spoeltje is doorgebrand. Maar, dit is toch geen piezo ? Het lijkt eerder op een "micro-speaker".

Kortom, is dit nu een piezo, of toch een vorm van een speaker ?

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...

Dit is geen piezo... Gewoon 'n elektrodynamisch luidsprekertje.

Ik neem op kleine schaal reparaties van buizen-elektronica aan voor een heel aardig uurtarief. Interesse? Mail me!
fatbeard

Honourable Member

Deze constructie is electro-mechanisch, nauw verwant aan een speaker.
Mogelijk zit er onderin nog een klein circuitje, eea afhankelijk of het een 'zelfpieper' of een passieve transducer is.
De meeste aanstuurcircuits verlopen overigens in frequentie met veranderende spanning.

Een piëzo ziet er van binnen ongeveer zo uit (plaatje van explainthatstuff):
http://cdn4.explainthatstuff.com/piezoelectric-transducer.jpg
Ook exemplaren met drie aansluitingen komen voor.

Voor alle transducers geldt zo'n beetje hetzelfde als voor gewone audio-speakers: hoe groter, hoe meer herrie er gemaakt kan worden, en voor meer herrie heb je meer vermogen nodig. Omdat met de gewenste afmetingen van een PCB buzzer nooit echt veel herrie kan worden gemaakt (en ze ook niet zoveel vermogen kunnen hebben) wordt er veel gebruik gemaakt van resonantiekamers. Zit je naast de resonantiefrequentie kan dat zomaar 30dBa schelen...

Een goed begin is geen excuus voor half werk; goed gereedschap trouwens ook niet. Niets is ooit onmogelijk voor hen die het niet hoeven te doen.

@LedLover :
Bedankt voor de snelle bevestiging van mijn vermoedens. Dan mag ik daarmee concluderen dat vele verkopers / bedrijven onvoldoende op de hoogte zijn van wat ze verkopen.

@FatBeard :
Precies, zo ken ik ze ook. Ik heb ze hier ook liggen, maar zonder behuizing levert het belabberde resultaten op. Ik heb ze in 12 mm doorsnede geprobeerd (zonder behuizing).
Opmerking : Je link werkt niet goed.

-Zucht-
Kan ik verder op zoek gaan naar echte piezo's in mini-formaat... in een behuizing.

Van elk bezoek aan CO leer ik weer meer...