Как пассивный SMD Buzzer генерирует звук без необходимости использования внутреннего генератора или источника питания?

Пассивный зуммер SMD генерирует звук с помощью пьезоэлектрического эффекта, при котором внешний электрический сигнал вызывает физическую механическую вибрацию в пьезоэлектрическом элементе внутри зуммера. В отличие от активного зуммера, который имеет внутренний генератор для самостоятельной генерации звука, пассивный зуммер полностью полагается на внешний сигнал, обычно от микроконтроллера или другой электроники, для его управления. Вот пошаговое описание того, как это работает:

1. Пьезоэлектрический элемент.
Основной компонент SMD Зуммер Пассивный Пьезоэлектрический элемент — тонкий плоский кусок пьезоэлектрического материала (часто керамики), обладающий особым свойством: он меняет форму при подаче на него электрического тока. В этом суть пьезоэлектрического эффекта. Материал либо расширяется, либо сжимается в зависимости от полярности приложенного напряжения.

2. Применение внешнего электрического сигнала
Чтобы зуммер издал звук, ему необходим внешний сигнал для питания пьезоэлектрического элемента. Обычно это сигнал переменного тока (AC) или, чаще, прямоугольная волна, генерируемая внешним источником, например микроконтроллером, схемой звукового генератора или другой электронной системой.

При подаче сигнала переменного тока полярность напряжения периодически меняется. Когда напряжение меняется, оно заставляет пьезоэлектрический элемент расширяться и сжиматься с той же частотой, что и сигнал.
Частота этого внешнего сигнала определяет высоту звука, издаваемого зуммером. Например, сигнал более высокой частоты заставит пьезоэлектрический элемент вибрировать быстрее, создавая более высокий звук, а сигнал более низкой частоты будет производить более низкий звук.

3. Механическая вибрация производит звук.
Когда пьезоэлектрический элемент вибрирует (или деформируется), он создает в воздухе волны давления, которые мы воспринимаем как звук. По сути, когда элемент вибрирует, он толкает и притягивает окружающие молекулы воздуха, генерируя звуковые волны.

Степень деформации пьезоэлектрического элемента также влияет на громкость звука. Чем выше напряжение внешнего сигнала, тем сильнее деформируется элемент и тем громче звук.
Форма и размер пьезоэлектрического элемента также играют роль в частотном диапазоне и эффективности воспроизведения звука.

4. Управление внешней цепью
Поскольку пассивный SMD Buzzer не содержит внутреннего генератора, он не может производить звук сам по себе. Для управления звуком требуется внешняя схема. Эта схема управления обычно:

Генерирует частоту (путем создания прямоугольной волны или других переменных сигналов).
Подает необходимое напряжение для управления пьезоэлектрическим элементом.
Модулирует тон, изменяя частоту сигнала, и может регулировать громкость, изменяя амплитуду сигнала.
Например, микроконтроллер или микросхема таймера могут генерировать прямоугольный сигнал определенной частоты, отправляя его на зуммер. Регулируя частоту, система может изменять высоту звука, заставляя зуммер издавать разные тона в зависимости от потребностей приложения.

5. Почему это пассивно
Причина, по которой этот тип зуммера называется пассивным, заключается в том, что он не имеет необходимых компонентов (таких как внутренний генератор или микрочип) для самостоятельного генерирования звука. Вместо этого он полагается на внешнюю цепь для подачи электрического сигнала. Это делает зуммер проще и часто дешевле, чем активный зуммер, но это также означает, что для его работы требуется внешний источник сигнала.

6. Приложения
Пассивные зуммеры SMD обычно используются в устройствах, где необходимы простые звуковые оповещения. Примеры включают в себя:

Сигнализация (например, дверные звонки, таймеры).
Индикаторы (например, в электронике или бытовой технике, сигнализирующие об ошибке или уведомлении).
Игрушки (используются для создания звуковых эффектов).
Встроенные системы (например, когда микроконтроллеру необходимо предупредить пользователя звуковым сигналом).

7. Преимущества пассивных зуммеров SMD
Низкое энергопотребление: поскольку зуммер не имеет внутреннего генератора, он потребляет меньше энергии, что является преимуществом для устройств с батарейным питанием.
Гибкость в управлении звуком: внешний генератор сигналов обеспечивает гибкость с точки зрения модуляции тона. Высота, ритм и продолжительность звука можно легко контролировать программно, регулируя сигнал, посылаемый на зуммер.
Компактность и экономичность: зуммеры SMD (устройство для поверхностного монтажа) небольшие и легкие, что делает их идеальными для компактных электронных схем, где пространство имеет большое значение.

8. Ограничения
Отсутствие генерации звука без внешнего сигнала. Ключевым недостатком является то, что зуммер не может работать независимо; ему нужен внешний управляющий сигнал. Поэтому конструкция электронной схемы, которая им управляет, имеет решающее значение.
Ограниченная громкость: из-за особенностей пьезоэлектрического элемента пассивные зуммеры могут быть не такими громкими, как активные, хотя их достаточно для многих применений.