Buzzer چیست؟ بررسی انواع بازر، کاربردها و روش استفاده

راه‌های زیادی برای برقراری ارتباط بین کاربر و محصول وجود دارد. یکی از بهترین راه‌ها، ارتباط صوتی با استفاده از آیسی Buzzer است. بنابراین، در طول فرایند طراحی، آشنایی با فناوری‌های Buzzer و تنظیمات آن بسیار مفید است. در این مطلب، قطعات سیگنال صوتی مانند بازر (Buzzer) و روش کار آن‌ها را مورد بحث قرار می‌دهیم.

حال با ما همراه باشید تا به بررسی بازر بپردازیم. 

بازر عموماً از طریق ولتاژ DC تغذیه می‌شود و در تایمرها، دستگاه‌های دزدگیر، چاپگرها، دزدگیرها، رایانه‌ها و غیره استفاده می‌شود.

پیکربندی پایه‌های بازر در شکل زیر نشان داده شده است که شامل دو پایه مثبت و منفی است. ترمینال مثبت Buzzer با نماد “+” یا از نظر فیزیکی با پایه بلندتر نشان داده می‌شود. این ترمینال از طریق ولتاژ 6 ولت تغذیه می‌شود، در حالی که ترمینال منفی با نماد “-” یا از نظر فیزیکی با اندازه کوتاه‌تر نمایش داده و به زمین (GND) متصل می‌شود.

پیکربندی پایه‌های Buzzer

تاریخچه Buzzer

در این بخش، تاریخچه بازر الکترومکانیکی و پیزوالکتریک را به طور خلاصه مورد بحث قرار می‌دهیم.

بازر الکترومکانیکی در سال 1831 توسط یک دانشمند آمریکایی به نام جوزف هنری اختراع شد و در زنگ درها استفاده می‌شد تا اینکه در سال 1930 برای حمایت از زنگ‌های موسیقی که صدایی نرم داشتند حذف شد.

بازرهای پیزوالکتریک توسط سازندگان ژاپنی اختراع و در طیف وسیعی از دستگاه‌ها در سال‌های 1970 تا 1980 به ثبات رسیدند. این توسعه در درجه اول به دلیل تلاش های مشترک از طریق شرکت‌های تولیدی ژاپنی بود. در سال 1951، سازندگان ژاپنی کمیته تحقیقات کاربردی باریم تیتانات را به رسمیت شناختند که به شرکت‌ها اجازه می‌داد به صورت رقابتی همکاری کنند و محصولات پیزوالکتریک متعددی را ارائه کنند.

مشخصات فنی بازر

مشخصات بازر شامل موارد زیر است:

• رنگ آن مشکی است.
• محدوده فرکانس 3300 هرتز است.
• دمای عملیاتی از -20 تا -60 درجه سانتیگراد متغیر است.
• محدوده ولتاژ کاری از 3 ولت تا 24 ولت DC است.
• سطح فشار صدا 85dBA یا 10cm است.
• جریان تغذیه کمتر از 15 میلی‌آمپر است.

انواع Buzzer

بازر در انواع مختلفی موجود است که شامل موارد زیر می‌شود:

• پیزوالکتریک
• الکترومغناطیسی
• مکانیکی
• الکترومکانیکی
• مغناطیسی

بازر پیزوالکتریک

همانطور که از نام آن پیداست، نوع پیزوالکتریک از اثر پیزوالکتریک سرامیک و جریان پالس برای ایجاد لرزش و تولید صدا صفحه فلزی استفاده می‌کند. این نوع buzzer با جعبه رزونانس، نوسان‌گر چندگانه، صفحه پیزوالکتریک، محفظه، تطبیق امپدانس و غیره ساخته می‌شود. برخی از بازرهای این نوع با LED نیز طراحی شده‌اند.

مولتی رزوناتور (Multi Resonator) یا نوسان‌گر چندگانه عمدتاً شامل آیسی و ترانزیستور است. هنگامی که منبع تغذیه به این رزوناتور داده می‌شود، نوسان می‌کند و یک سیگنال صوتی با فرکانس 1.5 تا 2 کیلوهرتز تولید می‌کند. تطبیق امپدانس صفحه پیزوالکتریک را وادار به تولید صدا می‌کند.

بازر الکترومغناطیسی

این نوع بازر با آهنربا، سیم پیچ برقی، نوسان ساز، محفظه و دیافراگم ارتعاشی ساخته می‌شود. هنگامی که منبع تغذیه اعمال می‌شود، نوسان‌گر که جریان سیگنال صوتی را تولید می‌کند، از طریق سیم‌پیچ برقی تغذیه می‌شود تا یک میدان مغناطیسی ایجاد کند.

گاهی اوقات، دیافراگم ارتعاش می‌لرزد و صدا را تحت فعل و انفعالات سیم‌پیچ آهنربا و سلونوئید تولید می‌کند. محدوده فرکانس این قطعه از 2 کیلوهرتز تا 4 کیلوهرتز است.

بازر مکانیکی

این نوع بازرها از زیرگروه‌های نوع الکترومغناطیسی هستند، بنابراین اجزای مورد استفاده در این نوع نیز مشابه آن‌ها هستند. اما تفاوت اصلی این است که بازر به جای داخل در بیرون قرار می‌گیرد.

بازر الکترومکانیکی

طراحی این نوع بازرها را می‌توان با دیسک فلزی و آهنربای الکتریکی انجام داد. اصل کار این نوع بازرها مشابه دو نوع مغناطیسی و الکترومغناطیسی است. قطعه، در حرکت دیسک و مغناطیس صدا تولید می‌کند.

بازر مغناطیسی

مانند نوع پیزوالکتریک، بازر مغناطیسی نیز برای تولید صدا استفاده می‌شود، اما عملکرد هسته در این نوع متفاوت است. در واقع، در نوع مغناطیسی، بازر در مقایسه با نوع پیزو ثابت‌تر است، زیرا از طریق میدان مغناطیسی کار می‌کنند.

بازرهای مغناطیسی به جای وابستگی به مواد پیزو برای تولید میدان مغناطیسی از بار الکتریکی استفاده می‌کنند و پس از آن به عنصر دیگری اجازه ارتعاش و تولید صدا را می‌دهند. کاربردهای بازرهای مغناطیسی مشابه نوع پیزو در دستگاه‌های خانگی، هشدارهایی مانند ساعت مچی، ساعت و صفحه کلید است.

بازر اکتیو و بازر پسیو

بازرها را می‌توان به دو نوع اکتیو و پسیو نیز دسته‌بندی کرد. یک بازر اکتیو دارای نوسان‌ساز داخلی است که می‌تواند صدا را تنها با منبع تغذیه DC تولید کند. بازر پسیو نوسان‌ساز داخلی ندارد، بنابراین برای تولید صدا به سیگنال صوتی AC نیاز دارد.

بازرهای اکتیو ساده‌ترین نوع برای استفاده هستند. آن‌ها معمولاً در ولتاژهای 1.5 تا 24 ولت موجود هستند. تنها کاری که برای استفاده از آن‌ها باید انجام دهید این است که یک ولتاژ DC به پین ها اعمال کنید. این بازرها دارای قطبیت هستند. قطبیت مانند یک LED و یک خازن است و پین بلندتر به مثبت وصل می‌شود. یکی از معایب بازرها اکتیو این است که فرکانس صدا ثابت است و نمی‌توان آن را تنظیم کرد.

تصویر زیر یک بازر اکتیو را نشان می‌دهد. دیسک طلایی سمت راست یک دیسک پیزوالکتریک است که هنگام اعمال ولتاژ می‌لرزد. سه تیغهفلزی روی PCB با دیسک تماس پیدا می‌کنند و یک تقویت‌کننده کوچک ترانزیستوری روی برد مدار چاپی قرار دارد.

بازر اکتیو

بازرهای پسیو برای تولید صدا به سیگنال AC نیاز دارند. نقطه ضعف این بازرها است که به مدارهای پیچیده‌تری برای کنترل نیاز دارند، مانند یک تایمر نوسانی 555 یا یک میکروکنترلر قابل برنامه‌ریزی مانند آردوینو. بازرهای پسیو این مزیت را دارند که می‌‌توانند زیر و بم یا تن صدا را تغییر دهند. این بازرها را می‌توان طوری برنامه‌ریزی کرد که طیف وسیعی از فرکانس‌ها یا نت‌های موسیقی را منتشر کند.

تصویر زیر یک بازر پسیو را نشان می‌دهد. در یک زنگ بازر پسیو، چیزی شبیه به یک بلندگو را می‌بینیم. یک آهنربای دایره‌ای در اطراف یک سیم‌پیچ داخلی وجود دارد، با دیسکی که از نیروی مغناطیسی تولیدشده توسط سیم‌پیچ الکترومغناطیسی می‌لرزد.

بازر پسیو

اصول کار Buzzer

اصول کار یک بازر بر این اساس است که هنگامی که ولتاژ به یک ماده پیزوالکتریک داده شود، اختلاف فشار ایجاد می‌شود. نوع پیزو شامل کریستال‌های پیزو در بین دو هادی است. هنگامی که یک اختلاف پتانسیل در بین این کریستال‌ها داده شد، آن‌ها به یک هادی نیرو وارد می‌کنند و هادی را می‌کشند و این عمل مداوم یک سیگنال صوتی واضح تولید می‌کند.

روش‌‌های نصب بازر

بازرها را می‌توان به صورت زیر نصب کرد:‌

• پنلی
• پایه‌های سیم
• ترمینال‌های پیچی
• از طریق سوراخ
• کنتاکت فنری
• نصب سطحی

مدار Buzzer

مدار نشانگر سطح آب که در آن از بازر استفاده شده است، در شکل زیر نشان داده شده است. این مدار برای تشخیص سطح آب داخل مخزن یا ماشین لباسشویی یا استخر و غیره استفاده می‌شود. طراحی این مدار با استفاده از قطعاتی مانند ترانزیستور، بازر، مقاومت متغیر 300 کیلواهمی و منبع تغذیه یا باتری 9 ولتی بسیار ساده است.

مدار تشخیص سطح آب با استفاده از بازر

هنگامی که دو پروب مدار در مخزن قرار می‌گیرند، سطح آب را تشخیص می‌دهند. وقتی که سطح آب از سطح ثابت فراتر رفت، از طریق یک بازر متصل به مدار، صدای بوق تولید می‌شود. در این مدار از ترانزیستور نوع NPN مدلBC547B استفاده شده است، که البته می‌توان از ترانزیستور 2N3904/2N2222 نیز استفاده کرد.

این مدار سنسور سطح آب بسیار ساده است و ترانزیستور مورد استفاده در مدار به عنوان یک سوئیچ عمل می‌کند. هنگامی که دو پروب سطح آب در مخزن را تشخیص دهند، ترانزیستور روشن می‌شود و ولتاژ شروع جریان ترانزیستور را برقرار می‌کند تا بازر را به صدا در بیاورد.

چگونه یک Buzzer را انتخاب کنیم؟

هنگام انتخاب یک بازر، باید عوامل مختلفی مانند موارد زیر را در نظر گرفت:
اندازه

• مصرف جریان
• نوع ترمینال
• ولتاژ و فرکانس
• ولتاژ AC/DC
• صدای پیوسته/پالسی
• نوع نصب
• خروجی صدا
• گزینه فیدبک
• عناصر پیزو

مزایا و معایب بازر

از مزایای یک بازر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سازگاری مناسب
• پاسخ فرکانسی خوب
• اندازه کوچک
• مصرف انرژی کم
• محدوده ولتاژ‌گسترده
• قدرت صدای مناسب

از معایب بازر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کنترل آن کمی سخت است
• صدای مزاحم تولید می‌کند

کاربردهای بازر

بازر یکی از قطعات صوتی پرکاربرد در صنعت الکترونیک است که به دلیل ابعاد کوچک، مصرف انرژی پایین و توانایی تولید صدا با فرکانس‌های مختلف، در گستره‌ی وسیعی از محصولات و سیستم‌ها به کار گرفته می‌شود. از کاربردهای رایج آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. دستگاه‌های ارتباطی

در تلفن‌های همراه، بی‌سیم‌ها، پیجرها و تجهیزات رادیویی، بازرها برای تولید انواع سیگنال‌های صوتی، هشدار تماس یا اعلان پیام استفاده می‌شوند.

2. وسایل نقلیه و تجهیزات خودرو

بازرها در خودروها نقش مهمی در اطلاع‌رسانی به راننده دارند. از هشدار باز بودن درب و کمربند ایمنی گرفته تا سیستم‌های پارک خودرو و اخطارهای فنی، همه به کمک بازرها انجام می‌شود.

3. مدارهای زنگ هشدار

در سیستم‌های اعلان سرقت، آتش‌سوزی یا نشت گاز، بازر برای ایجاد صدای هشدار به‌کار می‌رود تا افراد را نسبت به وقوع خطر آگاه کند.

4. دستگاه‌های قابل حمل و پوشیدنی

در تجهیزاتی مانند ساعت‌های هوشمند، مچ‌بندهای سلامتی و دستگاه‌های تست پزشکی قابل حمل، بازر نقش اطلاع‌رسانی سریع با صدای کوتاه یا لرزش را ایفا می‌کند.

5. سیستم‌های امنیتی و حفاظتی

بازرها در انواع سیستم‌های امنیتی خانگی و صنعتی به‌عنوان بخشی از مکانیزم هشدار صوتی برای تشخیص نفوذ یا فعال‌سازی آلارم استفاده می‌شوند.

6. تایمرها و کرنومترها

در تجهیزات صنعتی، لوازم آشپزخانه یا وسایل آزمایشگاهی، بازر هنگام پایان زمان تنظیم‌شده فعال می‌شود تا کاربر را از اتمام فرآیند آگاه کند.

7. لوازم خانگی

ماشین لباسشویی، مایکروویو، یخچال و بسیاری از دستگاه‌های خانگی از بازر برای اطلاع‌رسانی وضعیت عملیات، هشدار باز بودن درب یا پایان فرآیند استفاده می‌کنند.

8. مترونوم‌های الکترونیکی و تجهیزات موسیقی

در ابزارهای موسیقی برای حفظ ریتم یا تنظیم زمان‌بندی، بازرها نقش تعیین‌کننده‌ای دارند.

9. رویدادها و مسابقات ورزشی

برای اعلام شروع یا پایان مسابقه، هشدارهای داوری، یا شمارش معکوس در رقابت‌ها از بازر به‌عنوان منبع تولید صدای سریع و قابل‌توجه استفاده می‌شود.

10. پنل‌ها و رابط‌های کاربری

در تابلوهای صنعتی، تجهیزات پزشکی و سامانه‌های کنترلی، بازر به عنوان فیدبک صوتی هنگام فشار دادن کلید، ثبت دستور یا هشدار خطا عمل می‌کند.