Sterowanie piezo przetwornikiem nie jest szczególnie skomplikowane. Natomiast aby robić to maksymalnie efektywnie, warto pamiętać o kilku istotnych kwestiach. Po pierwsze, głośność piezo przetwornika jest sterowana niemal wyłącznie „zero-jedynkowo”, tj. dźwięk jest lub go nie ma. To znacząco upraszcza realizację układu elektronicznego sterującego przetwornikiem. Poza tym, ma duże znaczenie jeżeli chodzi o odbiór tego dźwięku, ponieważ ludzkie zmysły najlepiej reagują na zmianę bodźców. Nie tyle jest ważna sama np. głośność dźwięku, co różnica między sygnałem i jego brakiem. Im intensywniejsza będzie to różnica, tym większą uwagę człowieka przykuje. Przecież o to chodzi w sygnalizatorach mających na celu ostrzeganie przed np. cofającym pojazdem ciężarowym. Dlatego rozmaite sygnalizatory emitują dźwięk o modulowanej głośności: aby w jak największym stopniu pobudzać uszy ludzi będących w jego zasięgu.
Jak sterować piezo-przetwornikiem?
Dla uzyskania jak największej głośności, element piezoelektryczny w sygnalizatorze musi być sterowany napięciem o możliwie największej amplitudzie, ale o wartości mniejszej od dopuszczalnej jaką określa producent tego elementu. Wychylenie membrany jest proporcjonalne do przyłożonego napięcia, więc im wyższe napięcie, tym głośniej wybrzmi przetwornik.
Jednak jest w tym pewien kruczek: przetwornik piezoelektryczny to dwie warstwy metalu (membrana i okładzina) przedzielona nieprzewodzącą warstwą ceramiki lub innego materiału. Spełnia on zatem szkolną definicję kondensatora i tak jest w rzeczywistości. Od strony elektrycznej, ten element przedstawia sobą niemal wyłącznie pojemność.
Niestety, z racji wysokiej przenikalności elektrycznej piezoceramiki, jest ona relatywnie wysoka: rzędu kilkunastu – kilkudziesięciu nanofaradów. Rodzi to problemy przy projektowaniu elektroniki sterującej tymże przetwornikiem. Szybkie przeładowywanie takiej pojemności wymaga elementów mogących przenieść duży ładunek w krótkim czasie, czyli – mówiąc prościej – prąd o wysokim natężeniu.
Przetworniki piezo MPM
Najprostszy układ sterujący przetwornikiem mógłby zatem wyglądać np. tak, jak na poniższym schemacie. Jedna okładka przetwornika jest połączona z masa zasilania, a druga jest podłączana raz do napięcia zasilającego (załóżmy, że ma wartość 12V), a raz do masy. Dzięki temu, przetwornik raz zostaje spolaryzowany i wygina się, a potem ulega rozładowaniu i wraca do stanu spoczynkowego.
Jednak to mało efektywna metoda sterowania przetwornikiem piezoelektrycznym. Skoro może wyginać się w jedną stronę, więc czemu nie w drugą? Wtedy drgania membrany byłyby dwukrotnie silniejsze. Wystarczy więc cyklicznie zamieniać polaryzację napięcia sterującego:
Jak uzyskać największą głośność sygnalizatora piezo?
Powyższe rozwiązania to nie kres naszych możliwości układowych. Przetwornik piezo „widzi” zmianę napięcia z +12V na -12V, czyli w efekcie 24V. Dalsze zwiększenie tej wartości nie jest możliwe bez obecności elementu indukcyjnego, który może dostarczyć napięcie o wartości szczytowej zdecydowanie wyższej od napięcia zasilającego.
W tym celu, do piezo-przetwornika podłącza się specjalny transformator, który kilku- lub nawet kilkunastokrotnie podnosi napięcie dostarczane do jego okładek. Uzwojenie pierwotne ma zdecydowanie mniejszą liczbę zwojów od uzwojenia wtórnego, wobec czego będzie on zwiększał napięcie. Do uzwojenia pierwotnego dostarcza się cyklicznie impulsy niskiego napięcia zasilającego, a w odpowiedzi na nie, na uzwojeniu wtórnym powstają impulsy o wielokrotnie wyższej wartości szczytowej (np. 100V).
