Làm thế nào để Bộ rung Buzzer thụ động tạo ra âm thanh mà không cần bộ tạo dao động bên trong hoặc nguồn điện?

Bộ rung thụ động SMD tạo ra âm thanh bằng cách sử dụng hiệu ứng áp điện, trong đó tín hiệu điện bên ngoài gây ra rung động cơ học vật lý trong phần tử áp điện bên trong bộ rung. Không giống như bộ rung chủ động có bộ dao động bên trong để tự tạo ra âm thanh, bộ rung thụ động hoàn toàn dựa vào tín hiệu bên ngoài, thường là từ bộ vi điều khiển hoặc thiết bị điện tử khác, để điều khiển nó. Dưới đây là bảng phân tích từng bước về cách thức hoạt động của nó:

1. Phần tử áp điện
Thành phần cốt lõi của một Bộ rung Buzzer thụ động là phần tử áp điện—một miếng vật liệu áp điện mỏng, phẳng (thường là gốm) có một tính chất đặc biệt: nó thay đổi hình dạng khi có dòng điện tác dụng vào nó. Đây là bản chất của hiệu ứng áp điện. Vật liệu giãn nở hoặc co lại tùy thuộc vào cực tính của điện áp đặt vào.

2. Ứng dụng tín hiệu điện bên ngoài
Để còi phát ra âm thanh, nó cần tín hiệu bên ngoài để cấp nguồn cho phần tử áp điện. Đây thường là tín hiệu dòng điện xoay chiều (AC) hoặc phổ biến hơn là sóng vuông được tạo ra bởi nguồn bên ngoài như vi điều khiển, mạch tạo âm thanh hoặc hệ thống điện tử khác.

Khi tín hiệu AC được đưa vào, cực tính của điện áp sẽ thay đổi định kỳ. Khi điện áp thay đổi, nó làm cho phần tử áp điện giãn nở và co lại ở cùng tần số với tín hiệu.
Tần số của tín hiệu bên ngoài này xác định cao độ của âm thanh do còi tạo ra. Ví dụ, tín hiệu có tần số cao hơn sẽ làm cho phần tử áp điện rung nhanh hơn, tạo ra âm thanh có âm vực cao hơn, trong khi tín hiệu có tần số thấp hơn sẽ tạo ra âm thanh có âm vực thấp hơn.

3. Rung động cơ học tạo ra âm thanh
Khi phần tử áp điện dao động (hoặc biến dạng), nó tạo ra các sóng áp suất trong không khí mà chúng ta coi là âm thanh. Về cơ bản, khi phần tử rung động, nó sẽ đẩy và kéo các phân tử không khí xung quanh, tạo ra sóng âm thanh.

Mức độ biến dạng của phần tử áp điện cũng ảnh hưởng đến độ to của âm thanh. Điện áp của tín hiệu bên ngoài càng cao thì phần tử càng biến dạng và âm thanh càng to.
Hình dạng và kích thước của phần tử áp điện cũng đóng một vai trò trong dải tần số và hiệu quả tạo ra âm thanh.

4. Điều khiển mạch ngoài
Vì SMD Buzzer Passive không chứa bộ dao động bên trong nên nó không thể tự tạo ra âm thanh. Nó đòi hỏi một mạch bên ngoài để điều khiển âm thanh. Mạch điều khiển này thường:

Tạo tần số (bằng cách tạo ra sóng vuông hoặc các tín hiệu xen kẽ khác).
Cung cấp điện áp cần thiết để điều khiển phần tử áp điện.
Điều chỉnh âm thanh bằng cách thay đổi tần số của tín hiệu và có thể điều chỉnh âm lượng bằng cách thay đổi biên độ tín hiệu.
Ví dụ: một bộ vi điều khiển hoặc IC hẹn giờ có thể tạo ra sóng vuông với tần số cụ thể, gửi nó đến bộ rung. Bằng cách điều chỉnh tần số, hệ thống có thể thay đổi cao độ của âm thanh, khiến bộ rung tạo ra các âm sắc khác nhau tùy theo nhu cầu của ứng dụng.

5. Tại sao nó thụ động
Lý do loại còi này được gọi là còi thụ động là vì nó không có các bộ phận cần thiết (chẳng hạn như bộ tạo dao động bên trong hoặc vi mạch) để tự tạo ra âm thanh. Thay vào đó, nó dựa vào mạch điện bên ngoài để cung cấp tín hiệu điện. Điều này làm cho bộ rung đơn giản hơn và thường rẻ hơn so với bộ rung đang hoạt động, nhưng cũng có nghĩa là nó cần nguồn tín hiệu bên ngoài để hoạt động.

6. Ứng dụng
Bộ rung thụ động SMD thường được sử dụng trong các thiết bị cần cảnh báo âm thanh đơn giản. Ví dụ bao gồm:

Báo thức (ví dụ: chuông cửa, đồng hồ hẹn giờ).
Các chỉ báo (ví dụ: trong thiết bị điện tử hoặc thiết bị để báo hiệu lỗi hoặc thông báo).
Đồ chơi (dùng để tạo hiệu ứng âm thanh).
Các hệ thống nhúng (chẳng hạn như khi bộ vi điều khiển cần cảnh báo người dùng qua âm báo).

7. Ưu điểm của Bộ rung thụ động SMD
Tiêu thụ điện năng thấp: Vì bộ rung không có bộ dao động bên trong nên nó tiêu thụ ít điện năng hơn, đây là một lợi thế ở các thiết bị chạy bằng pin.
Tính linh hoạt trong điều khiển âm thanh: Bộ tạo tín hiệu bên ngoài mang lại sự linh hoạt trong việc điều chế âm thanh. Cao độ, nhịp điệu và thời lượng của âm thanh có thể được điều khiển dễ dàng theo chương trình bằng cách điều chỉnh tín hiệu gửi đến bộ rung.
Nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí: Bộ rung SMD (Thiết bị gắn trên bề mặt) nhỏ và nhẹ, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các mạch điện tử nhỏ gọn, nơi không gian chật hẹp.

8. Hạn chế
Không tạo ra âm thanh nếu không có tín hiệu bên ngoài: Nhược điểm chính là bộ rung không thể hoạt động độc lập; nó cần một tín hiệu lái xe bên ngoài. Vì vậy, việc thiết kế mạch điện tử điều khiển nó là rất quan trọng.
Âm lượng hạn chế: Do tính chất của phần tử áp điện, bộ rung thụ động có thể không ồn ào bằng bộ rung chủ động, mặc dù chúng đủ dùng cho nhiều ứng dụng.