РадиоКот :: Мощный Догчейзер (отпугиватель собак).
РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Защита и контроль >Мощный Догчейзер (отпугиватель собак).
В интернете много различных схем Догчейзеров, но практически все они маломощные, поэтому и не эффективны.
Чтобы устройство было эффыективным, надо раскачать пьезоэлектрические излучатели на полную мощность, то есть средне квадратичное напряжение на них должно быть не менее 20В, а лучше 25-30В. Амплитудное значение напряжения может достигать величины 85-90В.
Излучатели с такими напряжениями не могут длительно работать, это форсированный режим, но в данном устройстве это допустимо ввиду того, что включают Догчейзер на короткое время.
Рассмотрим работу принципиальной схемы устройства.
На логическом элементи DD1.1 собран генератор ультразвука на частоте используемых пьезоизлучателей (23-25 кГц). Напряжение питания задающего генератора стабилизировано микросхемой 7805 (5В).
Подстроечным потенциометром R1 ( с червячной передачей) устанавливают необходимую частоту. Логический элемент DD1.2 — буферный каскад, а DD1.3 инвертор, с которого сигналы в противофазе поступают на оконечные каскады, которые собраны на транзисторах Т1 и Т2. Оконечные каскады работают по мостовой схеме и питаются импульсами разной полярности. Напряжение порядка 80В получается за счёт эдс самоиндукции на дросселях L1 и L2. Активное сопротивление этих дросселей порядка — 14 Ом. Диоды D2 и D1 устраняют нежелательные паразитные колебания. Конденсаторы С4 и С5 устраняют высоковольтные выбросы напряжения и сглаживают импульсы.
Четыре пьезокерамические излучатели включены параллельно для увеличения акустического давления. Дроссели L3 и L4 (их активное сопротивление порядка — 34 Ом) компенсируют емкостную составляющую излучателей, поэтому на них импульсный сигнал приобретает вид синусоиды. Желательно подобрать эти излучатели с одинаковыми параметрами.
Кнопка включения S1 без фиксации. Используется 9В батарея (типа крона), но обязательно alkaline. Ток потребления 100-110 мА.
Используемые детали и настройка.
Микросхема и транзисторы могут быть заменены на аналогичные импортные. Транзисторы должны допускать рабочее напряжение не менее — 150В. Пьезоизлучатели могут иметь рабочую частоту 23, 24 или 25 кГц. Частоту генератора устанавливают выше на (500-800Гц), там акустическая отдача несколько выше. (При установке частоты выходные каскады отключают), временно отпаивают резисторы R3 и R2.
Помните, что между стоками выходных транзисторов имеется высокое напряжение, порядка — 80В. Не сожгите осциллограф!!!
Имейте ввиду, что если дроссели L1 и L2 будут иметь активное сопротивление меньше указанного, то импульсное напряжение увеличится и излучатели при длительном включении могут перегреться и выйти из строя.
В таком случае последовательно с этими дросселями надо установить резисторы порядка 20-30 Ом.
Сигнал на излучателях должен иметь вид и параметры, как на осциллограмме.
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
Эти статьи вам тоже могут пригодиться:
альтернативные варианты излучателей звука (часть 4) / Stereo.ru
Магнитопланар (изодинамический излучатель)
Этот планарный (плоский, пленочный) излучатель звука работает по тому же принципу, что и динамик: проводник с током движется в магнитном поле. Но в отличие от традиционного динамика голосовая катушка здесь фактически равномерно распределена по всей площади излучения, и вся эта излучающая поверхность находится в магнитном поле.
В случае с магнитопланарным излучателем источником звука является синтетическая пленка с нанесенными на нее проводниками с током. Эта плёнка размещается в поле решетки, сделанной из магнитов. Таким образом, вся площадь плёнки оказывается в магнитном поле, и пленка излучает звук равномерно со всей поверхности.
В начале существования магнитопланарных систем проводники из фольги просто наклеивали на пленку. Проблемой такого варианта было отслоение проводника после интенсивной эксплуатации: он нагревался, и клей не выдерживал. Наглядным примером могут служить выпускавшиеся в СССР динамические пищалки 10ГИ-1, наушники ТДС-7, ТДС-17.
Затем технология совершенствовалась, для приклеивания проводника на пленку стали применять температурную адгезию, закрепляя, например, алюминий (реже — медь) на майлар (лавсан, тефлон). Это более дорогой вариант технологии планарного излучателя — чуть дешевле обходится прошивание пленки токопроводящей проволокой.
Преимущества технологии состоят в том, что масса планарной подвижной системы на несколько порядков меньше, чем у классического динамика. В результате резко уменьшаются искажения. С другой стороны, магнитопланары предполагают излучение с большой площади, что, как минимум, создает проблему стереосцены.
Особое развитие принцип получил в наушниках, где используются различные его варианты, например, ортодинамические излучатели.
Электростат
Неплохие результаты удалось получить с электростатическим вариантом планарного (пленочного) излучателя. Принцип действия следует из названия: речь идет о движении диэлектрической пленки в электрическом поле. До этого пленку натягивают между двумя токопроводящими сетками (статорами), на которые подается модулированное звуковым сигналом напряжение, а на саму пленку — потенциал приблизительно в 3 000 В.
Преимущество такого варианта излучения по сравнению с магнитопланарным — отсутствие проблем с нанесенными на пленку проводниками тока. Их просто нет. С другой стороны, такой излучатель нуждается в объемистой мощной электронике и, естественно, требует отдельного питания. В остальном электростат и магнитопланар схожи.
Стоит подробнее остановиться на вопросе воспроизведения низкочастотного диапазона с помощью планарных систем. Они по определению не готовы обеспечить серьезную амплитуду. И если в магнитопланарных громкоговорителях более распространена конфигурация в виде сочетания узкого высокочастотного излучателя и низкочастотной секции большей площади, то в электростатических системах, чаще всего, сам электростат занимается средне- и высокочастотным диапазоном, хотя бы потому, что модели большой площади достаточно дороги.
Поэтому за низкочастотный диапазон у них отвечает, как правило, интегрированный в систему сабвуфер, работающий с применением классического динамика. Такие системы называются гибридными. Изготовители магнитопланарных спикеров также иногда предлагают доукомплектование своих изделий сабвуферами на базе классических динамиков.
Кроме того, оба основных варианта с применением плёнки являются дипольными системами. То есть назад и вперед они излучают (звучат) практически одинаково. Это приводит к определенным проблемам с правильным размещением таких колонок в комнате прослушивания.
Излучатель Хейла и другие излучатели с гофрированными пленочными мембранами
В принципе, логично было бы разделить звуковой диапазон на несколько полос и в каждой полосе использовать наиболее подходящей для нее вариант звуковоспроизведения. Например, магнитопланарные излучатели часто используются в верхнем диапазоне в качестве твитеров (пищалок). То же самое можно сказать об излучателях Хейла — Air Motion Transformer (AMT).
Речь идет о системе на базе волнообразно-гофрированной пленки с нанесенными на нее проводниками из фольги, помещенной в сильное магнитное поле. Пропускание тока по таким проводникам приводит к тому, что соседние участки притягиваются или отталкиваются, выталкивая или втягивая воздух между гофров. Такой вариант источника звука имеет все преимущества пленочного излучателя, поскольку вес подвижной системы очень мал.
Внешне на излучатель Хейла очень похож ленточный алюминиевый твитер, в котором гофрированная тончайшая фольга окружает постоянный магнит. Ввиду малого сопротивления, сигнал на концы фольги подводится через понижающий трансформатор.
Естественно, что излучатели Хейла и их аналоги используются, в основном, в верхнем частотном диапазоне.
Ионофон (электродуговой плазменный громкоговоритель)
Именно в диапазоне верхних частот важен минимальный вес подвижной системы и ее минимальная инерционность. Идеальным излучателем для верхних частот стало бы невесомое тело, механически никак не связанное с опорами и колеблющееся (изменяющее свой объем) под воздействием электрического сигнала.
И такой вариант, использовавший, по сути, принцип работы радиолампы, был найден в начале второй половины прошлого века. Он получил название ионофон. Принцип действия системы основан на пульсациях электродуговой плазмы в переменном электрическом поле. Первые образцы устройства, представленные на ВДНХ в начале 50-х, имели определенные побочные проблемы. В частности, легкий треск разряда, от которого затем смогли избавиться.
В семидесятых годах прошлого века были выпущены серийные образцы акустических систем с верхнечастотным звеном на базе плазменного излучателя. Сейчас такие излучатели доступны для установки в современную пользовательскую акустику и даже в мощные концертные системы.
Недостатком ионофона можно считать необходимость достаточно мощного электропитания и, как следствие, требования устройства к отводу тепла. В результате, устанавливая такой твитер в замкнутый объем обычной колонки, стоит задуматься о том, как бороться с его перегревом. Повышенное энергопотребление также не добавляет энтузиазма, к тому же внутри устройства — источник сверхвысокого напряжения.
С другой стороны, на базе плазменного излучателя можно получить поистине аудиофильскую систему, поскольку качество его звучания, по идее, приближается к абсолютному.
Пьезоизлучатель
Известное свойство пьезокристалла: генерировать электрический ток в случае приложения к нему деформирующей силы, либо наоборот — деформироваться в случае приложения к нему электрического тока. Этот эффект применяется во многих областях, начиная от производства весов и зажигалок и заканчивая звуковоспроизведением.
Поскольку в данном случае не получается получить большую амплитуду колебаний, рассчитывать на возникновение низкочастотных устройств звуковоспроизведения на базе пьезокристаллов не приходится. Зато пьезокристаллы могут работать на высокой частоте. Поэтому на их базе изготавливаются твитеры.
Данный принцип применяется в недорогих моделях, благодаря дешевизне технологии. К сожалению, и результаты, получаемые с помощью этой технологии — не самые лучшие, а качество звука, как правило, невысокое.
НЧ-система с механическим приводом
Естественно, что в области звуковоспроизведения возможны и экзотические решения. Ведь если проанализировать все существующие технологии, то у них можно найти один общий недостаток — очень низкий коэффициент полезного действия.
Этого недостатка лишены генераторы низкой частоты с механическим приводом. Собственно говоря, эти излучатели не работают со звуковым сигналом. Они применяются для различных технологических целей, в частности — для испытаний готовой продукции на виброустойчивость, выдавая синусоидальные колебания заданной частоты. При этом может обеспечиваться очень большая громкость!
Устройство состоит из жесткой пластины, на которую через шатун с двумя шарнирами передается возвратно-поступательное движение от диска, укрепленного на оси электродвигателя. Все это, очевидно, нужно как следует закрепить.
Частота колебаний такой системы зависит от скорости вращения электродвигателя. Получаем высокоэффективный генератор практически синусоидальных низкочастотных звуковых волн. Интересно, что в далеких восьмидесятых одна из дискотек в США купила такой генератор у НАСА. Он, якобы, затем использовался в составе низкочастотного звена акустики танцевального зала. Или в чисто рекламных целях. О реальном эффекте такого устройства можно только догадываться.
Продолжение следует…
Другие материалы цикла «Акустические системы»:
Акустические системы: поговорим о звуке (часть 1)
Акустические системы: строение динамика (часть 2)
Акустические системы: типы динамиков (часть 3)
Пьезоизлучатель и как его подключить к микроконтроллеру
Амплитудно-частотная характеристика пьезоизлучателя не равномерна и имеет выраженный максимум (или несколько максимумов) на частотах от 2000 до 5000 Гц (в зависимости от конструкции излучателя). Именно на частоте максимума, называемой резонансной частотой, от пьезоизлучателя можно добиться наибольшей громкости.
Для получения двойной амплитуды сигнала (то есть где-то 9-10 вольт при напряжении питания микроконтроллера 5 вольт) можно включить пьезоизлучатель между двумя выводами микроконтроллера. При этом не нужно забывать, что у пьезоэлектрического преобразователя есть такие параметры как номинальное и предельное входные напряжения. Понятно, что превышать эти значения не желательно.
Получить двойную амплитуду сигнала, не используя дополнительный вывод микроконтроллера, можно с помощью такой нехитрой схемы. Когда на выводе PC0 единица – транзистор открыт, правый контакт пьезоизлучателя подключен к земле, а на левом напряжение логической единицы. Когда на выводе PC0 ноль – транзистор закрыт, правый контакт пьезоизлучателя подключен к плюсу питания (VCC должно быть равно напряжению питания микроконтроллера), а левый посажен на землю.
На многих платах микроконтроллер запитывается от стабилизатора напряжения, на вход которого подается 7-12 вольт. Можно задействовать это напряжение для увеличения громкости звучания пьезоизлучателя, если подключить его к микроконтроллеру с помощью транзистора.
Ну и, наконец, двойную амплитуду сигнала на пьезоизлучателе можно получить с помощью логических микросхем – НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Эту схему выгодно использовать, если на плате остались не задействованные вентили логических микросхем.
Варианты включения пьезоизлучателя с использованием дросселей и повышающих трансформаторов рассматривать не стал, потому что не использую их.
Пьезоэлектрический генератор электрической мощности / Habr
Ажиотаж в мире в отношении создания пьезоэлектрических источников энергии до недавнего времени не отличался высоким уровнем изобретательских предложений. Например, учёные Израиля предлагают монтировать пьезоэлементы в дорожном полотне и использовать энергию проезжающих машин. В Японии пол одного из залов метро покрыт пьезоэлементами. Эти и подобные им проекты генераторов напряжения не выдерживают никакой критики с экономической точки зрения. Причина в следующем.Это хотя бы доказывает ниже приведенный рисунок (рис.1). Тридцать ватт отбираемой от пьезоэлемента мощности (ватт на грамм пьезоэлемента) в непрерывном режиме при напряжении 300В было достаточно, чтобы питать люминесцентную лампу. Для этого энергия вращающегося колеса преобразовывается в изгибные ультразвуковые колебания камертона выполненного на одном из концов пакета Ланжевена, и затем, за счёт пьезоэффекта, в электрические колебания высокой частоты.
То есть, с помощью пьезоэлементов можно создавать не только электрические генераторы напряжения, но и генераторы мощности.
Идея использовать пьезоэлектрический мотор в качестве генератора мощности (рис.2) долго обходилась без должного внимания. Причина в том, что, согласно этой идее, один тип колебаний принудительно должен возбуждаться в одной из частей пьезоэлемента. Эту часть назовём возбудителем. Для этого, помимо механического воздействия, используется отдельный источник питания. Второй тип колебаний должен генерироваться в другой части пьезоэлемента, за счёт принудительного вращения ротора. Эту часть пьезоэлемента назовём генератором.
Испытания опытных образцов подтвердили возможность получения энергии в генераторе. Но мощность генератора должна быть в несколько раз больше мощности отбираемой от источника питания возбудителя. Иначе в таком генераторе нет смысла. Вот как раз это долго и не получалось.
Лишь только относительно недавно Вячеслав Лавриненко, изобретатель пьезоэлектрического мотора, пенсионер, работая у себя дома после тщательной подборки материалов пьезоэлемента и контактных пар смог получить полезную мощность на нагрузке в несколько раз больше, мощности, отбираемой от дополнительного источника питания. Появилась возможность часть мощности генератора направить в возбудитель и убрать дополнительный источник. Эту задачу он решал двумя способами.
По первому способу измерял амплитуду и фазу на входе возбудителя и с помощь реактивных элементов подгоняли под такую же амплитуду и фазу напряжение на выходе генератора. То есть, как и в обычных электрических генераторах выполнялись условия баланса амплитуды и фазы. Когда эти условия были выполнены, выход замыкался с входом.
По второму способу напряжение с генератора преобразовывалось в постоянное напряжение, которым питался усилитель мощности и маломощный генератор переменного напряжения. По мере того, как удалось устойчиво получать полезную мощность в пределах 0,2 Ватта на грамм пьезоэлемента, Лавриненко обнаруживает интересный эффект, соизмеримый в физике с открытием, который он сформулировал так:
В двух, совмещённых в одном теле, резонаторах взаимно перпендикулярных акустических колебаний, с частотами резонанса смещёнными друг относительно друга для создания сдвига фаз между колебаниями при их возбуждении спонтанно генерируются взаимно поперечные колебания на частоте между упомянутыми резонансными частотами при фрикционном взаимодействии тела с другим телом, например, с вращающимся колесом.
То есть, при фрикционном взаимодействии упомянутых тел существует положительная обратная связь. Появление случайных колебаний образуют эллипс, размеры которого увеличиваются при вращении колеса. Подобным образом в электрическом усилителе напряжения, охваченной положительной обратной связью спонтанно возбуждаются электрические колебания, и энергия источника постоянного напряжения преобразуется в переменное напряжение. Зависимость этого напряжения от скорости вращения имеет вид, показанный на рис.3.
Обнаруженный эффект значительно упрощает идею создания пьезоэлектрических генераторов мощности, причем мощность в 5 ватт на грамм пьезоэлемента становится вполне реальной. Будут ли они иметь преимущества перед электромагнитными генераторами можно будет сказать только со временем, по мере их изучения, хотя о некоторых из них можно говорить уже сейчас.
Отсутствие меди и обмоток – это надёжность в условиях повышенной влажности. Отсутствие тяжёлых металлов (меди и сплавов железа) – это высокие удельные параметры. Получаемый на выходе высокочастотный сигнал, легко трансформируется под любую нагрузку. А главное преимущество, что для любых частот вращения колеса не требуется редуктор. Достаточно лишь правильно рассчитать диаметр колеса.
При невозможности применения солнечных батарей, пьезоэлектрические генераторы мощности, используя энергию, мускул или ветра, могут их заменить, например, для зарядки аккумуляторов ноутбуков, планшетов и пр. Хотя актуальность направления очевидна, для его развития требуется достаточная финансовая поддержка, которой, как и у многих проектов наших стран, пока нет.
