Piezo-Element ignoriert Audiosignal

[hansmeier]

Hallo,

ich bin gerade dabei ein E-Technik-Einführungs-Buch zu lesen und da kommt auch eine Schaltung vor, die ein Rechtecksignal von einigen kHz erzeugt, womit dann ein elektromagnetischer Lautsprecher zum Piepsen gebracht wird.

Da ich die Schaltung als Alarmsignal gerne in einer kleinen Box platzsparend unterbringen wollte, dachte ich mir ich nehme einfach ein Piezo-Element als Lautsprecher und es läuft. Leider ist es nicht so. Es handelt sich um das hier: https://www.reichelt.de/EPZ-20MS64W/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=145915&artnr=EPZ-20MS64W.

Ich habe die Schaltung zerlegt und festgestellt, dass der Piezo-Lautsprecher mit dem ersten Teil der Schaltung leise summt. Sobald ich das Signal mit einem Transistor (2N2222) verstärke, kommt kein Ton mehr (der Lautsprecher funktioniert zu jeder Zeit mit jedem Teil der Schaltung). Auch ist es seltsam, dass der Piezo nur summt, wenn ich nen Finger drauf lege. Ich habe zwei identische Piezo-Elemente die sich exakt gleich verhalten.

Das Signal ist ne Art Rechteck, das sich allerdings immer im positiven Bereich befindet. Kann es sein, dass das Piezo Element da überfordert und immer auf Vollausschlag ist (es knackt mal kurz wenn man es anklemmt). Wenn ja, wie kann ich das fixen?

Die Schaltung (R9 hab ich auch schon weggenommen, hilft leider auch nichts) ist im Anhang.

Vielen Dank für die Hilfe.

[Ney]

Komplizierter ging's wahrscheinlich nicht. Ich schätze, die Schaltung ist nicht ausgelegt für die Frequenz, die du brauchst.
Abgesehen davon, liegt wahrscheinlich ein Widerstand im Emitterkreis des Transistors. Damit müsstest du dieses Signal abgreifen und mit einem weiteren Transistor abkoppeln.
Einfacher wäre entweder eine astabile Kippstuffe, wo der Ausgang wieder mit einem weiteren Transistor in Emitterschaltung abgekoppelt wird, oder ein Colpitts Oszillator in Emitterschaltung, oder eben ein NE555

[der mit den kurzen Armen]

Poste mal die Originalschaltung und vor allem beachte das die Piezoelemente eine Resonanzfrequenz von 6400 Hz haben das ist ein hoher Pfeifton! Vor allem gehört der Piezo in die Kollektorleitung!

[Ney]

Drum habe ich Emitterschaltung gesagt

[hansmeier]

Das ist die Originalschaltung

Ok, ich befasse mich mal mit den Transistor Grundschaltungen. Das Buch aus der "Make:"-Reihe ist sehr oberflächlich, das hab ich auch schon bemerkt.

Aber sollte so ein Speaker nicht zumindest Frequenzen die nicht seiner Resonanzfrequenz entsprechen leise abspielen? Gerade ne Rechteckspannung, die ja Obertöne hat, sollte sich doch bemerkbar machen.

[Ney]

Nicht wirklich. Die Obertöne liegen nah bei der Schwingfrequenz. Beim Rechtecksignal hast du die nächste Oberwelle beim 3-fachen des Grundsignals, wenn das Rechteck 50% PWM hat, ansonsten auch bei 2*f_Grundfrequenz und das ist auch schon zu weit.
Mit Anfassen hast du seine Frequenz nur etwas verstimmt

[anders]

Sobald ich das Signal mit einem Transistor (2N2222) verstärke, kommt kein Ton mehr (der Lautsprecher funktioniert zu jeder Zeit mit jedem Teil der Schaltung). Auch ist es seltsam, dass der Piezo nur summt, wenn ich nen Finger drauf lege.

Ist doch klar: Dem Transistor fehlt der Lastwiderstand.
Den ersetzt du dann mit deinem Finger und schon quietscht es.
Leg mal ein paar kOhm vom Emitter nach Minus und schon ist der Fall gegessen.

So ein Piezoquietscher stellt in erster Linie eine verlustbehaftete Kapazität dar, und wenn diese aufgeladen ist, fliesst eben kein Strom mehr und der Transistor kann nicht mehr arbeiten.

[Ney]

Mir gefällt diese Schaltung nicht. Sie ist nicht flexibel genug.
Das muss man so verstehen, dass der Kondensator 4,7nF über den R4 = 470k aufgeladen wird und sich über den unteren Thyristor und die Basis des Transistors entlädt. Damit das Ding überhaupt schwingt, muss in etwa der R4 gleich mit dem Eingangswiderstand des Transistors gewählt werden. Diese Werte bestimmen übrigens auch die Frequenz. Die Wahl des Kondensators, sofern man nicht übertreibt, spielt dabei eine sekundäre Rolle, da der R4 so groß ist, dass die Aufladung fast die Charakteristik einer Stromquelle hat. Ebenso verhält es sich mit dem Basisstrom, der nahezu konstant in der Entladephase bleibt .
Da der eigene Widerstand des Piepsers gering ist (ca. 400 Ohm) wird die Ausgangsspannung nicht die volle Amplitude mit 12V erreichen, der Transistor wird praktisch im aktiven Bereich arbeiten. Damit beträgt der Eingangswiderstand des Transistors etwa 500Ohm * hfe und das sollte in etwa bei 470k liegen, damit die Schwingung möglich ist. Der Kondensator 4,7nF entlädt sich eigentlich minimal, bis für die Ube des Transistors die Spannung nicht mehr ausreicht, da auf dem Thyristor auch in etwa 1V abfallen kann.

Mit einem 10kOhm im Emitter-Kreis wird die Schaltung wahrscheinlich nicht mehr funktionieren, da so gut wie kein Basisstrom mehr möglich ist.
Mit einem 10 im Kollektorkreis wird der Transistor kurz in Sättigung getrieben. Damit fällt die innere Stromquelle zusammen und mit ihr auch der Eingangswiderstand des Transistors. Die Spannung auf dem Kondensator würde rasch abnehmen durch die Belastung. Abgesehen davon würde die gesamte Betriebsspannung (12V) auf dem 10k im Kollektor hängenbleiben.

Wenn der Transistor eine gute Stromverstärkung hat, könnte man probieren den Eingangswiderstand zu erhöhen. Die Ausgangsspannung wird auch größer werden. Wahrscheinlich etwa 5...6V.
Dafür sollte vorerst nur Rg etwa 1kOhm betragen. Also in Summe etwa 1,5kOhm im Emitter. Das setz sich aus dem Eigenwiderstand des Piezo und aus einem festen 1kOhm zusammen.
Wenn die Schaltung dennoch nicht schwingt, dann sollte R4 auch erhöht werden in Richtung 600kOhm

Nachtrag: ich hätte beinahe vergessen. Vielleicht mal alles aus dem Emitter rausnehmen und mit einem 1,5kOhm erstetzen und einen zweiten Transistor in Emitterschaltung mit dem Buzzer im Kollektrokreis dazu schalten. Als quasi Spannungsverstärkung

[hansmeier]

So Jungs.
Danke für die Tipps!

Ich hab mal nen Trimmer parallel zum Piepser geschaltet und siehe da: Man kann damit die Frequenz regeln
Ich nehm es einfach mal so hin und versuch es in nem halben Jahr noch einmal zu verstehen, warum das so ist...

Ohne Widerstand fällt am Speaker ne Spannung von 3.8 V ab. Bei nem Widerstand von 35 Ohm parallel liegt ne Spannung von 0.2V an und das Ding fiept zumindest schon mal leise.
Denn 100Ohm Widerstand R9 hab ich weggenommen - ohne hörbare Auswirkungen.

Danke an "anders" für den Tipp mit der Kapazität.

Ansonsten werd ich mal in ner ruhigen Minute versuchen zu verstehen was "Ney" da geschrieben hat und melde mich wieder wenn das Ding endlich laut ist.

Was macht nen Lautsprecher eigentlich laut? Die Spannung, der Strom oder die Ladung (also V*A)?
Gibt's da Unterschiede bei den Lautsprechertypen?

[Ney]

Ein Lautsprecher ist nicht mit diesem Piezo zu vergleichen, denn er zieht richtig Strom. Aus diesem Grund braucht man für ihn eine Leistungsverstärkung.

Ein Widerstand parallel zu deinem Piepser verzieht zwar die Frequenz, aber die Spannung ist noch niedriger.Der Kondensator 4,7nF liegt an einem Knotenpunkt eines Spannungsteilers. Dieser Spannungsteiler besteht aus dem R4 = 470kOhm einerseits und aus:
Anoden-Kathoden-Strecke des zweiten Thyristors + R8 = 1kOhm + Eingangswiderstand des Transistors andererseits.
Das bedeutet dieser Kondensator lädt sich genau auf den Mittelwert der Spannung, die sich an dem Teiler einstellt. Jetzt hast du einen Gesamtwiderstand im Emitter aus 100Ohm+30Ohm = 130Ohm
Dieser wird zurück auf den Transistor-Eingang mit der Stromverstärkung transformiert. Das bedeutet der Eingangswiderstand des Transistors beträgt 130Ohm*hfe

hfe ist im Datenblatt (schnell geschaut) bestenfalls mit 100 angegeben => Eingangswiderstand des Transistors ist R_Tr = 130Ohm * 100 = 13kOhm
Dazu liegt noch R5 = 1kOhm in Serie und die Anoden-Kathoden-Strecke des Thyristors, die einfach dazu kommt und etwa 1V betragen kann.
Wichtig ist aber, dass die 12V sich zwischen dem R4 = 470kOhm und dem R_Tr + R5 = 13kOhm + 1kOhm = 14kOhm teilt.
Das bedeutet auf dem Einganswiderstand des Transistors hats du:
12V * 14kOhm/(14kOhm+470kOhm) = 350mV

Gemessen hast du 200mV. Das bedeutet, der Transistor hat ein hfe < 100, aber die Richtung stimmt schon mal

Ich habe nicht gesagt, du sollst den 100Ohm rausnehmen und mit nichts ersetzen, sondern mit 1kOhm ersetzen. Das ist aber deine Entscheidung

[Ney]

Noch etwas, R1, R2, R3, C1 und T1 kannst getröst rausnehmen

[hansmeier]

Ok. Probier ich aus!

R1, R2, R3, T1 sind der LFO, der die Basisspannung des zweiten PUT moduliert. Der braucht dann mehr Spannung bis er durchlässt und der untere "Schwingkreis" schwingt dann langsamer. Der 4,7nF daneben macht die kurzen Spannungsspitzen dann noch schön smooth.

Das Ergebnis ist dann ein UI-UI-UI-UI-UI