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Como Funcionam as Cápsulas ou Buzzer Cerâmicos (ART1702)

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.

 

Figura 1 – Transdutores piezoelétricos comuns
Figura 1 – Transdutores piezoelétricos comuns

 

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.

 

   Figura 2 – Os materiais piezoelétricos
Figura 2 – Os materiais piezoelétricos

 

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.

 

   Figura 3 – Oscilador controlado por cristal
Figura 3 – Oscilador controlado por cristal

 

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.

 

   Figura 4 – acendedor de gás com cerâmica piezoelétrica
Figura 4 – acendedor de gás com cerâmica piezoelétrica

 

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.

 

   Figura 5 – Transdutor comum de som ou buzzer
Figura 5 – Transdutor comum de som ou buzzer

 

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.

 

   Figura 6 – Buzzer com oscilador interno
Figura 6 – Buzzer com oscilador interno

 

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.

 

    Figura 7 – Equivalente elétrico do buzzer
Figura 7 – Equivalente elétrico do buzzer

 

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.

 

   Figura 8 – Provador de continuidade sonoro
Figura 8 – Provador de continuidade sonoro

 

A montagem deste circuito pode ser feita numa pequena matriz de contatos, conforme mostra a figura 9.

 

   Figura 9 – Montagem em matriz de contatos
Figura 9 – Montagem em matriz de contatos

 

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.

 

   Figura 10 – Caixa para a montagem
Figura 10 – Caixa para a montagem

 

A figura 11 mostra um gerador de bips, um pouco mais complexo pois usa um circuito integrado e dois transistores.

 

   Figura 11 – Gerador de bips
Figura 11 – Gerador de bips

 

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.

 

  Figura 12 – Montagem em matriz de contatos
Figura 12 – Montagem em matriz de contatos

 

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.

 

 

 

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