Wie erzeugt ein SMD Buzzer Passive Ton, ohne dass ein interner Oszillator oder eine Stromquelle erforderlich ist?

Ein passiver SMD-Summer erzeugt Schall mithilfe des piezoelektrischen Effekts, bei dem ein externes elektrisches Signal eine physikalische mechanische Vibration im piezoelektrischen Element im Inneren des Summers verursacht. Im Gegensatz zu einem aktiven Summer, der über einen internen Oszillator verfügt, um selbst Ton zu erzeugen, ist ein passiver Summer vollständig auf ein externes Signal angewiesen, typischerweise von einem Mikrocontroller oder einer anderen Elektronik, um ihn anzutreiben. Hier ist eine Schritt-für-Schritt-Anleitung, wie es funktioniert:

1. Piezoelektrisches Element
Der Kernbestandteil eines Passiver SMD-Summer ist das piezoelektrische Element – ​​ein dünnes, flaches Stück piezoelektrisches Material (häufig Keramik), das eine besondere Eigenschaft aufweist: Es verändert seine Form, wenn elektrischer Strom an es angelegt wird. Dies ist die Essenz des piezoelektrischen Effekts. Je nach Polarität der angelegten Spannung dehnt sich das Material aus oder zieht sich zusammen.

2. Anwendung eines externen elektrischen Signals
Damit der Summer einen Ton erzeugt, benötigt er ein externes Signal, um das piezoelektrische Element mit Strom zu versorgen. Dies ist normalerweise ein Wechselstromsignal (AC) oder häufiger eine Rechteckwelle, die von einer externen Quelle wie einem Mikrocontroller, einer Tongeneratorschaltung oder einem anderen elektronischen System erzeugt wird.

Wenn das Wechselstromsignal angelegt wird, ändert sich die Polarität der Spannung periodisch. Wenn sich die Spannung ändert, dehnt sich das piezoelektrische Element mit der gleichen Frequenz wie das Signal aus und zusammen.
Die Frequenz dieses externen Signals bestimmt die Tonhöhe des vom Summer erzeugten Tons. Beispielsweise führt ein Signal mit einer höheren Frequenz dazu, dass das piezoelektrische Element schneller vibriert und einen höheren Ton erzeugt, während ein Signal mit einer niedrigeren Frequenz einen tieferen Ton erzeugt.

3. Mechanische Vibration erzeugt Schall
Wenn das piezoelektrische Element vibriert (oder sich verformt), erzeugt es Druckwellen in der Luft, die wir als Schall wahrnehmen. Wenn das Element vibriert, drückt und zieht es im Wesentlichen auf die umgebenden Luftmoleküle und erzeugt so Schallwellen.

Das Ausmaß der Verformung des piezoelektrischen Elements beeinflusst auch die Lautstärke des Tons. Je höher die Spannung des externen Signals, desto stärker verformt sich das Element und desto lauter ist der Ton.
Auch Form und Größe des piezoelektrischen Elements spielen eine Rolle für den Frequenzbereich und die Effizienz der Schallerzeugung.

4. Externe Schaltkreissteuerung
Da ein SMD Buzzer Passive keinen internen Oszillator enthält, kann er selbst keinen Ton erzeugen. Zur Steuerung des Tons ist eine externe Schaltung erforderlich. Dieser Steuerkreis ist typischerweise:

Erzeugt die Frequenz (durch Erzeugung einer Rechteckwelle oder anderer Wechselsignale).
Liefert die erforderliche Spannung zum Antrieb des piezoelektrischen Elements.
Moduliert den Ton durch Variation der Signalfrequenz und kann die Lautstärke durch Ändern der Signalamplitude anpassen.
Beispielsweise kann ein Mikrocontroller oder ein Timer-IC eine Rechteckwelle mit einer bestimmten Frequenz erzeugen und diese an den Summer senden. Durch Anpassen der Frequenz kann das System die Tonhöhe ändern, sodass der Summer je nach den Anforderungen der Anwendung unterschiedliche Töne erzeugt.

5. Warum es passiv ist
Der Grund dafür, dass diese Art von Summer als passiver Summer bezeichnet wird, liegt darin, dass er nicht über die notwendigen Komponenten (wie einen internen Oszillator oder Mikrochip) verfügt, um selbst Ton zu erzeugen. Stattdessen ist es auf die externe Schaltung angewiesen, um das elektrische Signal bereitzustellen. Dies macht den Summer einfacher und oft auch günstiger als einen aktiven Summer, bedeutet aber auch, dass für seine Funktion eine externe Signalquelle erforderlich ist.

6. Bewerbungen
Passive SMD-Summer werden häufig in Geräten verwendet, bei denen einfache akustische Alarme erforderlich sind. Beispiele hierfür sind:

Alarme (z. B. Türklingeln, Timer).
Indikatoren (z. B. in Elektronik oder Geräten zur Signalisierung eines Fehlers oder einer Meldung).
Spielzeug (zur Erzeugung von Soundeffekten).
Eingebettete Systeme (z. B. wenn ein Mikrocontroller einen Benutzer über einen Ton warnen muss).

7. Vorteile von passiven SMD-Summern
Geringer Stromverbrauch: Da der Summer keinen internen Oszillator hat, verbraucht er weniger Strom, was bei batteriebetriebenen Geräten von Vorteil ist.
Flexibilität bei der Klangsteuerung: Der externe Signalgenerator bietet Flexibilität bei der Klangmodulation. Tonhöhe, Rhythmus und Dauer des Tons können einfach programmgesteuert gesteuert werden, indem das an den Summer gesendete Signal angepasst wird.
Kompakt und kostengünstig: SMD-Summer (Surface Mount Device) sind klein und leicht und eignen sich daher ideal für kompakte elektronische Schaltkreise, bei denen der Platz knapp ist.

8. Einschränkungen
Keine Tonerzeugung ohne externes Signal: Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, dass der Summer nicht unabhängig arbeiten kann; es benötigt ein externes Antriebssignal. Daher ist das Design der elektronischen Schaltung, die es steuert, von entscheidender Bedeutung.
Begrenzte Lautstärke: Aufgrund der Beschaffenheit des piezoelektrischen Elements sind passive Summer möglicherweise nicht so laut wie aktive Summer, obwohl sie für viele Anwendungen ausreichend sind.