Was ist ein Piezo-Treiber?
Ein Piezo-Treiber ist ein Stromversorgungs- und Steuergerät für den stabilen Betrieb und die Steuerung eines piezoelektrischen Elements.
Piezoelektrische Elemente sind Vorrichtungen, die mechanische Verschiebungen in Spannungswerte oder angelegte Spannungen in mechanische Aktionen umwandeln und dabei den piezoelektrischen und inversen piezoelektrischen Effekt nutzen. Insbesondere bei der Umwandlung in mechanische Vorgänge können sehr feine Submikrometer-Steuerungen mit hoher Geschwindigkeit erreicht werden.
Piezo-Treiber spielen bei der Steuerung solcher präzisen Bewegungen mit piezoelektrischen Elementen die Rolle der Energiequelle und des Controllers.
Anwendungen von Piezo-Treibern
Piezo-Treiber werden häufig in Situationen eingesetzt, in denen eine feine Bewegungssteuerung erforderlich ist, wie z. B. in Mikroskopen und Präzisionswerkzeugmaschinen, bei denen es auf eine genaue Positionierung ankommt. In Anwendungen der optischen Mikroskopie können Piezo-Treiber zum Antrieb von X-Y-Tischen und Objektiven für eine schnelle und genaue Positionierung verwendet werden.
Dies eignet sich zum Beispiel sehr gut für die dreidimensionale Hochgeschwindigkeitsabbildung dynamischer Phänomene in lebenden Zellen. Piezo-Treiber werden auch häufig in Werkzeugmaschinen wie Drehbänken für Präzisionsarbeiten eingesetzt, bei denen eine Genauigkeit im Submikrometerbereich erforderlich ist.
Die Leistung des Piezo-Treiber-Treibers, der für die Steuerung des piezoelektrischen Antriebs verantwortlich ist, ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Leistung des Antriebs mit piezoelektrischen Elementen voll ausgeschöpft wird.
Funktionsweise des Piezo-Treibers
Die Funktionsweise des Piezo-Treibers besteht darin, dass er über eine Stromversorgung für den Antrieb des piezoelektrischen Elements und eine Steuerschaltung für die präzise Handhabung kleinster Potenziale verfügt (um die piezoelektrischen und inversen piezoelektrischen Effekte zu nutzen). Das piezoelektrische Element selbst hat die Eigenschaften eines Kondensators, und die Stromversorgungsseite (Piezo-Treiber-Seite), die den Kondensator beim Laden und Entladen antreibt, muss die Eigenschaften eines verstärkerartigen Netzteils haben, das in der Lage ist, Ausgangsstrom aufzunehmen und abzugeben.
Piezoelektrische Geräte reagieren auf kleinste Spannungsänderungen. Wird eine Spannungsänderung in der Schaltung in einem stabilen Zustand ohne Eingabe festgestellt, wird das Piezoelement angesteuert, obwohl keine Aktion erfolgt.
Die Spannungsversorgung des Piezo-Treibers muss ausreichend stabil sein. Um die Stabilität der Spannungsversorgung zu gewährleisten, wird ein Shunt-Regler oder ein ähnlicher Regler eingebaut, der die am Piezoelement anliegende Spannung überwacht und ständig eine Rückkopplung anlegt.
Durch die Minimierung von Störungen und Driftgeräuschen auf diese Weise ist es möglich, stabil genug Strom zu liefern, um die Kapazität des Piezo-Elements zu füllen und den Antrieb in nur wenigen Mikrosekunden als Reaktion auf einen plötzlichen Anstieg der Steuerspannung am Eingang zu beenden.
Weitere Informationen zu Piezo-Treibern
1. Piezo-Treiber mit PWM-Steuerung
Im Einklang mit dem jüngsten Trend zur Energieeinsparung, wie er durch die SDGs verkörpert wird, nutzen Audioverstärker die PWM-Steuerung (Pulsweitenmodulation), um die Effizienz zu verbessern, und einige Hersteller wenden PWM-gesteuerte Verstärker auch auf Piezo-Treiber an.
Im Gegensatz zu spezialisierten Audioverstärkern hat die Entwicklung einzigartiger PWM-gesteuerter Verstärker mit niedrigem Strom und hoher Spannung, die für Piezo-Elemente geeignet sind, zur Kommerzialisierung von kompakten Piezo-Treiber-Treibern mit hohem Wirkungsgrad geführt.
2. Anwendungen in Kopfhörern und Lautsprechern
Piezoelektrische Elemente selbst werden schon seit einiger Zeit in der Akustik eingesetzt, aber ihre Verwendung war auf piezoelektrische Lautsprecher und dergleichen beschränkt. In den letzten Jahren wurden Piezo-Treiber jedoch in High-End-Kopfhörern für die hochauflösende Wiedergabe und andere Anwendungen eingesetzt. Wenn eine Spannung an einen Piezo-Treiber angelegt wird, erzeugt das piezoelektrische Element Druck. Wenn ein Musiksignal als Spannung an den Piezo-Treiber angelegt wird, schwingt die Membran entsprechend. Mit anderen Worten: Die Spannung wird in Schall umgewandelt.
Der Vorteil der Verwendung von Piezo-Treibern in Ohrhörern ist, dass es keinen Signalumwandlungsprozess gibt, wie z. B. bei dynamischen Typen, bei denen eine Spule verwendet wird, um das Musiksignal in eine magnetische Kraft umzuwandeln, die die Membran in Schwingung versetzt. Da der Piezo-Treiber die Membran direkt in Schwingung versetzt, arbeitet er außerdem mit extrem hohen Geschwindigkeiten, was zu einer sehr guten Wiedergabe von ultrahohen Frequenzen führt. Dies macht sie ideal für die Wiedergabe der reichhaltigen Ultrahochfrequenzinformationen von hochauflösenden Klangquellen.
Um die Leistung von Kopfhörern mit Piezo-Treibern nutzen zu können, müssen jedoch auch andere Treiber, z. B. für tiefe und mittlere Frequenzen, in der Spitzenklasse eingesetzt werden, und die Produkte sind teuer. Der Mechanismus von Piezo-Treiber-Lautsprechern ist fast der gleiche wie der von Piezo-Treiber-Kopfhörern. Die Piezo-Lautsprecher eines Herstellers haben jedoch eine sehr dünne und flexible Struktur, die es ihnen ermöglicht, eine Vielzahl von Objekten zur Klangerzeugung in Schwingung zu versetzen.
Außerdem haben sie ein breiteres Klangspektrum als frühere piezoelektrische Lautsprecher, mit einer verbesserten Leistung im Bassbereich, der bisher eine besondere Schwäche war. Neuere LCD-Fernseher haben ein sehr dünnes Gehäuse, so dass die vorhandenen Lautsprecher nicht mehr eingebaut werden können. Dünne Film-Piezotreiber-Lautsprecher wie die oben genannten sind für solche dünnen Fernseher geeignet, und für die Zukunft wird eine höhere Klangqualität erwartet.