Encontrados na maioria das aplicações em que se deseja produzir um som de sinalização de baixa potência, os transdutores piezoelétricos, buzzers ou cápsulas piezoelétricas cerâmicas consistem numa solução eficiente e barata para elas. Veja neste artigo como eles funcionam e como usar.
Os transdutores ou cápsulas piezoelétricas de cerâmica podem ser encontrados numa grande variedade de tamanhos e potências, para as mais diversas aplicações.
Eles podem ser utilizados como simples dispositivos de sinalização até a reprodução de som de baixa potência num fone de ouvido.
Na figura 1 temos alguns tipos comuns de cápsulas.
Elas podem ser abertas, apenas com o elemento reprodutor visível ou fechadas em invólucros plásticos para uso externo ou montagem em placas de circuito impresso.
Como Funciona
No nosso livro Curso de Eletrônica – Eletrônica Básica tratamos de materiais denominados piezoelétricos, em que a disposição dos átomos é tal que eles passam a apresentar propriedades que se manifestam externamente.
Os materiais piezoelétricos são exemplos, podendo ser dados como exemplos o quartzo e determinados tipos de cerâmicas.
Quando estes materiais são deformados, eles manifestam uma diferença de potencial elétrico entre suas extremidades e, inversamente, quando submetidos a uma tensão eles se deformam, como mostra a figura 2.
No caso do quartzo aproveitamos esta deformação para fazê-lo vibrar numa frequência única que depende do corte.
Na figura 3 temos um exemplo de circuito em que a frequência de operação é determinada por um cristal de quartzo.
No entanto, nas cerâmicas podemos ir além, e ter muito mas aplicações do que simplesmente oscilar numa única frequência.
As cerâmicas de titanato de bário são especialmente utilizadas em muitas aplicações, tanto por serem fácil de obter e baratas como por não apresentarem perigo, pois ela não representa perigo para o meio ambiente e para as pessoas.
Temos então diversas aplicações interessantes que podemos citar como exemplos.
Uma delas consiste no acendedor de fogões a gás do tipo mostrado na figura 4.
O princípio de funcionamento deste tipo de aparelho é bastante engenhoso.
Nele, temos uma cerâmica piezoelétrica e um gatilho com uma espécie de martelo.
Quando apertamos o gatilho, o martelo dá uma pancada na cerâmica de tal forma que ela produz entre suas extremidades uma tensão que pode ultrapassar 2 000 V.
O resultado é que nos eletrodos colocado na parte frontal do acendedor é produzida uma faísca, suficientemente forte para acender o gás de um fogão.
Outra aplicação, que é a mais comum é nas pequenas pastilhas produtoras de som que encontramos em muitos aparelhos, como a mostrada na figura 5.
Estas pastilhas podem ser encontradas sem invólucro ou ainda dentro de invólucros plásticos com os mais diversos formatos.
Quando aplicamos um sinal a este tipo de transdutor, a cerâmica se deforma, vibrando na mesma frequência.
O resultado é a produção de uma onda sonora.
Nas aplicações práticas é comum tentar fazer com que ela opere na frequência de ressonância, entre 1 000 e 3 000 Hz para os tipos comuns, quando o rendimento é maior e, portanto, o som mais intenso.
Podemos encontrar este tipo de transdutor já com o oscilador incluído produzindo tanto som contínuo como intermitente.
Assim, nestes casos, não precisamos de oscilador externo, bastando alimentar o buzzer com uma tensão contínua.
Na figura 6 temos alguns desses buzzer com oscilador.
O buzzer da figura ou transdutor piezoelétrico com oscilador pode ser encontrado em versões de 3 a 15 V e produz um som de 2 800 Hz.
Veja que o tipo de alimentação para o transdutor sozinho e com oscilador é diferente.
Uma outra aplicação importante, utilizando cerâmicas capazes de operar com potências elevadas é na produção de ultrassons.
Limpadoras ultrassônicas podem então utilizar este tipo de transdutor.
Eles são montados em contato com um recipiente de inox para o qual transmitem os ultrassons gerados por um circuito potente.
Eletricamente os transdutores deste tipo se comportam como um capacitor, conforme mostra a figura 7.
Eles apresentam então uma elevada impedância, o que significa um consumo muito baixo e uma facilidade de excitação pelos circuitos eletrônicos.
Aplicações
Para os transdutores comuns, sem oscilador, temos diversas possibilidade de uso com circuitos excitadores.
Uma configuração simples é mostrada no provador de continuidade da figura 8.
A montagem deste circuito pode ser feita numa pequena matriz de contatos, conforme mostra a figura 9.
Encostando uma ponta de prova na outra deve haver emissão de som.
Os transistores admitem equivalentes e os resistores são de 1/8 W com qualquer tolerância.
Pode-se alterar os capacitores para se modificar o som emitido.
Na figura 10 temos uma sugestão de caixa para a montagem.
A figura 11 mostra um gerador de bips, um pouco mais complexo pois usa um circuito integrado e dois transistores.
O intervalo entre os bips é dado por C1 e a frequência pelos outros dois capacitores do circuito.
A montagem numa matriz de contatos é mostrada na figura 12.
Na montagem, observe a posição do circuito integrado e dos transistores.
Os resistores de são de 1/8 W com qualquer tolerância e a alimentação pode ser feita por tensões a partir de 5 V.
Conclusão
Estes dois exemplos mostram como podemos utilizar os transdutores cerâmicos na prática.
No site do autor, poderemos encontrar uma grande quantidade de circuitos que excitam estes componentes diretamente.
