Piezo als Schallwandler und Lautsprecher

[Til H. (turakar)]

Hallo,

ich möchte einen Piezo von meinem uC aus dazu bringen, Töne zu 
generieren und zu empfangen. Beim Empfangen sollte dann auch die 
Frequenz ermittelt werden können, indem man erst analoge Filter 
verwendet, um dann auf dem uC einen Goertzel (oder eine FFS, mal gucken 
wie viele Frequenzen ich brauch) drüberlaufen zu lassen. Man findet ja 
überall diese "Standard"-Schaltung wo ein Wiederstand parallel zum Piezo 
geschaltet wird.
Nun ist meine Frage, wie der Bandpassfilter und der Verstärker den ich 
dafür brauche aussähe.

Desweiteren habe ich momentan das Problem, das mein Piezo zu leise ist 
(Momentan wird der mit 5V und max. Strom von 50mA angesteuert).
 Desweiteren ist meine Frage, wie ich die Amplitude des erzeugten Tons 
erhöhe, sprich ihn lauter mache. Man liest relativ schnell, dass man den 
Piezo nicht auf einen Pin an Masse anschließen soll, sondern ihn stets 
umpolen soll (also bei pin1 == 5V pin2 == -5V). Ich hatte vor einer 
Woche auch schon eine Schaltung zum invertieren, jedoch ist diese mir 
abhanden gekommen (meine Chronik ist zu lang...), von daher wäre auch 
hier ein bisschen Hilfe gut. Dann gibt es noch die Frage, ob die 
Lautstärke mit der Spannung anwächst, und wenn ja wie (proportional oder 
anders) und wie weit man das treiben kann, also wann das Teil kaputt 
geht.

[Til H. (turakar)]

Mir fällt gerade auf, dass vielleicht das Forum "Analogtechnik" für die 
Frage passender gewesen wäre.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Leider schreibst du nicht, was du für einen MC benutzen willst.
Piezos sind recht empfindliche Mikrofone, wenn man sie hochohmig 
abnimmt, z.B. mit einer FET Stufe. Wenn dein MC bereits einen ADC und 
einen Verstärker an Bord hat, wie z.B. der Tiny25/45/85, benötigst du 
keine externen Verstärkerstufen, sonst einen Impedanzwandler mit FET 
Eingang.

Angehängt hab ich mal ein Mini-Schaltbild für so etwas. Parallel zum 
Piezo noch 1M.

Als Ausgang könntest du direkt die beiden Pins mit Push-Pull ansteuern. 
Ein Ausgang ist 1, während der andere 0 ist und umgekehrt.

Als Lautsprecher sind Piezos übrigens recht spannungshungrig. Meistens 
werden sie nahe ihrer Resonanzfrequenz als Pieper genommen, der 
Frequenzgang ist bescheiden. Dabi schaden ihnen 10-20V Wechselspannung 
nicht. Da sie hochohmig sind, fliesst da auch nicht viel Strom.

[Til H. (turakar)]

Moooment, ich bin "Neuling" ;)

Matthias Sch. schrieb:
> Leider schreibst du nicht, was du für einen MC benutzen willst.

ARM Cortex M4, LM4F120H5QR. 
(http://www.mouser.com/ds/2/405/lm4f120h5qr-124014.pdf) (Hat glaube ich 
keinen Verstärker)

> Piezos sind recht empfindliche Mikrofone, wenn man sie hochohmig
> abnimmt, z.B. mit einer FET Stufe. Wenn dein MC bereits einen ADC und
> einen Verstärker an Bord hat, wie z.B. der Tiny25/45/85, benötigst du
> keine externen Verstärkerstufen, sonst einen Impedanzwandler mit FET
> Eingang.

Was heißt es, wenn ich etwas hochohmig abnehme? Was ist eine FET Stufe 
(Den FET selber habe ich glaube ich verstanden)? Wozu einen 
Impendanzwandler?

> Angehängt hab ich mal ein Mini-Schaltbild für so etwas. Parallel zum
> Piezo noch 1M.

Was macht der Kondensator in Richtung Ground?

> Als Ausgang könntest du direkt die beiden Pins mit Push-Pull ansteuern.
> Ein Ausgang ist 1, während der andere 0 ist und umgekehrt.

Ok.

> Als Lautsprecher sind Piezos übrigens recht spannungshungrig. Meistens
> werden sie nahe ihrer Resonanzfrequenz als Pieper genommen, der
> Frequenzgang ist bescheiden. Dabi schaden ihnen 10-20V Wechselspannung
> nicht. Da sie hochohmig sind, fliesst da auch nicht viel Strom.

Also einfach auf 20V verstärken, dabei nur bedingt auf den strom achten. 
Klingt noch recht einfach.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Til Hoff schrieb:
> Was heißt es, wenn ich etwas hochohmig abnehme? Was ist eine FET Stufe
> (Den FET selber habe ich glaube ich verstanden)? Wozu einen
> Impendanzwandler?

Den Impedanzwandler, um den Piezo hochohmig abzunehmen :-)
Der Kristall liefert bei geringer Belastung gleich eine brauchbar hohe 
Spannung. Um eben diese Belastung gering zu halten, dafür ist 
'hochohmig'.


Wenn du das gleiche Element für Input und Output nehmen willst, wird es 
halt trickig. Denn die Endstufenschaltung belastet den Piezo und das ist 
beim Betrieb als Mikro ungünstig. Du müsstest also umschalten, oder eine 
Simpellösung wie die o.a. mit dem Tiny - wenn dein ARM schon 
Differenzeingänge und Amp vor dem ADC hat. Zum Quäken dann die Ports 
umprogrammieren.

[Til H. (turakar)]

Matthias Sch. schrieb:
> Den Impedanzwandler, um den Piezo hochohmig abzunehmen :-)
> Der Kristall liefert bei geringer Belastung gleich eine brauchbar hohe
> Spannung. Um eben diese Belastung gering zu halten, dafür ist
> 'hochohmig'.

Ok, verstehe ich. (Macht auch irgendwie Sinn ;) )

> Wenn du das gleiche Element für Input und Output nehmen willst, wird es
> halt trickig. Denn die Endstufenschaltung belastet den Piezo und das ist
> beim Betrieb als Mikro ungünstig. Du müsstest also umschalten, oder eine
> Simpellösung wie die o.a. mit dem Tiny - wenn dein ARM schon
> Differenzeingänge und Amp vor dem ADC hat. Zum Quäken dann die Ports
> umprogrammieren.

Dann werde ich der einfachheit halber zwei nehmen, schließlich kosten 
die Teile nur 30ct ;)

[Til H. (turakar)]

Ist ein Ladungsverstärker nicht für meine Zwecke geeignet? Scließlich 
kann der ja eine Ladung (und der Piezo ist ja eine Art selbstaufladener 
Kondensator) proportional in eine Spannung umwandeln (die man dann viel 
leichter mess können müsste, oder?).