Você sabe o que é um transdutor cerâmico? Sabe qual é sua utilidade ou como funciona? Para algumas pessoas este nome talvez signifique algo bastante crítico e desconhecido, para outras não passa de um simples nome dado a mais algum componente. A seguir você saberá o que é e como funciona um transdutor cerâmico, além de ter a oportunidade de efetuar duas interessantes montagens com o mesmo: sirene de polícia e alarme de pressão ou batida.
Nota: Artigo originalmente publicado na Revista Saber Eletrônica 206 de 1990.
Existem muitos cristais que são empregados na fabricação de componentes eletrônicos. No caso do cristal de quartzo a presença de cargas que podem ser orientadas permite uma série de aplicações especiais na eletrônica moderna. Na verdade, o transdutor cerâmico aqui descrito é composto de um material piezoelétrico. Se deformarmos o cristal teremos uma tensão, e se aplicarmos uma tensão teremos uma deformação (figura 1). Assim, a orientação das cargas tanto é afetada pela ação de forças mecânicas como também produz forças mecânicas quando sob a ação de campos elétricos.
Cristais semelhantes, que manifestam esse efeito piezoelétrico, podem produzir tensões muito altas quando submetidos a forças mecânicas. É o caso do titanato de bário usado em acendedores de fogão, isqueiros, etc., que podem produzir centenas de milhares de volts quando submetidos a uma pancada de certa intensidade (figura 2).
Os pequenos transdutores cerâmicos também fornecem tensões quando submetidos a esforços mecânicos, porém em menor potência que o titanato de bário.
Da mesma forma, quando aplicarmos um campo elétrico de determinada frequência a seu corpo, ele entrará em vibrações assim dando origem ao som. Estes transdutores são amplamente usados em relógios eletrônicos (nos modelos que possuem alarme ou música), joguinhos eletrônicos de cristal líquido, em cartões musicais além de outros aparelhos.
Quanto ao seu tamanho, existem transdutores de várias grandezas, sendo os mais comuns do tamanho do bico de uma garrafa pequena de refrigerante. Estes transdutores são bastante finos e não chegam a ultrapassar um milímetro de espessura.
Nos relógios, eles são fixados (colados) em sua tampa traseira. Para retirá-los é necessária uma lâmina ou uma faca de ponta tomando o máximo de cuidado para não os danificar.
PROJETO 1 - Sirene de policia
Trata-se de uma sirene de característica semelhante à das usadas em viaturas da polícia francesa.
O diagrama esquemático do circuito é dado na figura 3.
O circuito integrado Cl-1 trabalha numa frequência bastante baixa, sendo responsável pela troca de sons. Já o segundo integrado é um modulador, trabalhando numa frequência bem mais alta.
Muitos efeitos diferentes poderão ser conseguidos com a troca de Cl por outro capacitor eletrolítico com valores entre 1 e 47 µF. C3, que é responsável pelo tom da sirene, também poderá ser trocado por outros capacitores que tenham valores de 1 a 100nF.
Para quem quiser um efeito totalmente diferente (um som semelhante ao das sirenes de alarmes), basta trocar R5 (6,8k) por um capacitor eletrolítico de 100 µF x 16V, pois, quando o primeiro circuito integrado gerar um pulso, o capacitor eletrolítico irá carregar e depois descarregar-se (e assim consecutivamente) gerando uma tensão de modulação que é aplicada ao pino 5 do segundo circuito integrado.
A alimentação do circuito tanto pode ser de 6 como 12V a partir de uma fonte de alimentação ou mesmo de pilhas.
De fato, a potência de saída não é grande já que o projeto está restrito a demonstrações de como funciona um transdutor cerâmico. Para uma potência maior são necessárias modificações bem como a troca de TS1 por um alto-falante ou tweeter. Portanto, qualquer modificação no circuito é aconselhada somente a quem tenha alguma prática para fazê-la.
MONTAGEM
Na figura 4 é destacada a montagem em uma placa de circuito impresso.
Os resistores são todos de 1/8 ou 1/4W. O capacitor C1 é eletrolítico para 16V, os demais capacitores são cerâmicos e devem ter tensões de trabalho também a partir de 16V.
É bom que os circuitos sejam fixos em soquetes apropriados de 8 pinos, pois, para os menos experientes, uma soldagem demorada poderia danificá-los por excesso de calor.
O LED é opcional, não havendo necessidade de ser usado; sua função é indicar quando o circuito estiver em funcionamento.
Devem ser soldados dois fios ao transdutor TS1 para a ligação na placa de CI. Um fio será soldado à lâmina de metal e o outro à camada condutora; devem ser de preferência flexíveis. A soldagem deve ser rápida, sem deixar excessos de solda no componente.
É importante observar a polaridade de C1 em sua soldagem bem como a posição dos terminais dos circuitos integrados, que tem em sua extremidade um chanfro ou um ponto correspondente ao pino 1.
Os demais componentes não exigem maior atenção, apenas devendo ser observados corretamente os valores.
TESTE E USO
Antes de ligar o circuito é bom conferir a montagem para verificar se está tudo montado corretamente.
Sugerimos na figura 5 uma fonte de alimentação de 12V para alimentar o circuito.
O teste do circuito é bastante simples; basta conectá-lo à alimentação e imediatamente ele começará a funcionar. Com a aplicação de tensão ao transdutor, ele entrará em vibração, assim gerando o som da sirene.
O circuito pode ser usado em brinquedos ou até mesmo como alarme sonoro de instrumentos de medição, teste, etc. As aplicações para o circuito ficam a critério e ao gosto de cada um.
PROJETO 2 - Alarme de pressão ou batida
Temos como segundo projeto um interessante alarme utilizando como sensor o mesmo transdutor cerâmico usado na sirene para saída de som.
Como explicado anteriormente, se deformarmos um cristal teremos uma tensão e se aplicarmos uma tensão teremos uma deformação. Baseado neste circuito viemos a elaborar um alarme que usa como sensores os transdutores cerâmicos.
Conforme pode ser visto na figura 6, TS1 é ligado a uma rede resistiva (percursor divisor.de tensão) e a outra extremidade ligada ao pino dois de CI1 (entrada de disparo ou gatilho).
Quando TS1 sofrer qualquer pressão que seja (ou uma pequena pancada) ele dará um pulso de disparo no integrado o qual acionará um relé que por sua vez ativará uma sirene, lâmpada ou outros dispositivos de aviso de intrusão. O tempo de acionamento poderá ser regulado em P1 de 4 a 50 segundos. No entanto, quem quiser um tempo maior de acionamento, basta aumentar o valor do capacitor eletrolítico C1 (até 1000gF devido a fugas existentes nestes componentes de maior capacitância). O resistor R1 tem por função impedir que cargas acionem o sistema sem que haja alguma força mecânica em TS1. A alimentação do circuito é feita com 12V sendo a fonte da figura 6 compatível com este circuito. Para uma alimentação de 6V por exemplo, deve-se apenas substituir o relé MC2RC2 pelo MC2RC1 que é para 6 volts. O restante da montagem não necessita de alterações
MONTAGEM
Na figura 7 é dada a placa de circuito impresso.
Os componentes são todos comuns e de fácil aquisição no comércio. Os resistores podem ser de 1/8. ou 1/4W e P1 é um potenciômetro linear de 1MΩ.
O capacitor C" é eletrolítico e C2 é do tipo cerâmico. Os dois devem ter tensão de trabalho a partir de 16V.
Aconselhamos montar o integrado em um soquete apropriado.
O led pode ser de qualquer tipo ou cor e sua função é sinalizar quando o relé for ativado. Já D1 é um diodo para uso geral que pode ser o 1N914 ou 1N4148.
O transistor Q1 pode ser de qualquer tipo para uso geral desde que seja NPN.
Quanto a TS1, qualquer transdutor cerâmico serve como sensor e os fios não podem ser demasiadamente longos, pois isto não permite uma certa estabilidade do sensor. Pode ser ligado um número infinito de sensores já que a ligação dos mesmos é paralela.
Na montagem é importante observar a polaridade de certos componentes os quais, se forem soldados invertidos, poderão danificar-se. A soldagem deve ser rápida e sem excessos de solda.
TESTE E USO
O teste do circuito é simples, bastando ligá-lo à alimentação e fazer pressão (força mecânica) ou dar uma pequena batida no lado da lâmina de metal de TS 1. Imediatamente o relé será ativado e o led emitirá luz. O ajuste de tempo de disparo é feito através do potenciômetro P1.
Os contatos NF do relé são usados para desligar a carga e NA para ligá-la quando o relé for energizado. A carga pode ser uma lâmpada, sirene ou outro dispositivo de aviso.
O relé tem capacidade de acionamento de cargas de até 240W em 110V e 480W em 220V, portanto, para ativar uma carga de maior potência, deve-se usar um segundo relé conforme a tensão do sistema de aviso (figura 8).
Os sensores poderão ser instalados de forma a proteger uma entrada, janela ou mesmo objetos de médio ou grande porte conforme a figura 9.
A forma de disparo se dá quando qualquer um dos sensores for abalado por algum intruso que pise ou exerça algum tipo de pressão sobre o mesmo na tentativa de transpor uma área ou passagem. No caso do objeto, o disparo dar-se-á quando o mesmo for retirado de seu lugar de origem, pois, ao ser retirado, o sensor deixará o estado de pressão e passará ao estado normal; nessa troca de estados ele sofrerá um esforço mecânico o qual provocará um pulso que consequentemente acionará o sistema.
