In questo post proviamo a indagare cosa sono i trasduttori e come devono essere configurati nei circuiti mentre li si utilizza in una data applicazione
Comprensione dei trasduttori piezoelettrici
Un trasduttore piezoelettrico è un dispositivo utilizzato principalmente per convertire una frequenza applicata in suono udibile. Può essere paragonato a un altoparlante, l'unica differenza è la capacità di gestione e i principi di funzionamento.
Un altoparlante viene utilizzato per gestire frequenze sonore ad alta potenza ed è in grado di riprodurre esattamente ciò che è stato alimentato all'ingresso.
Tuttavia un trasduttore piezoelettrico potrebbe non essere efficiente come un altoparlante con potenza e qualità di uscita, ma ci sono alcune delle caratteristiche che rendono questi dispositivi eccezionali.
Un trasduttore piezoelettrico è particolarmente adatto per la generazione di uscite sonore molto acute, cosa che un altoparlante potrebbe non essere in grado di fare.
Inoltre un trasduttore piezoelettrico è economico, molto compatto ed elegante e non richiede circuiti complicati per il funzionamento.
Quindi fondamentalmente questi sono usati per produrre note acute applicabili a corni musicali, dispositivi di avvertimento ecc.
Specifiche generali (utilizzo come generatore di suoni)
Un trasduttore piezoelettrico è di forma rotonda con una base metallica, i trasduttori piezoelettrici da 27 mm di diametro sono più popolari.
A circa 3 mm dalla periferia esterna, il materiale piezoelettrico interno è rivestito sulla base metallica di un piezoelettrico.
Questo materiale è abbastanza vulnerabile soprattutto durante la saldatura dei fili su di essi.
Fondamentalmente, si tratta di due contatti e tre tipi di contatto. La base in metallo viene utilizzata come terminale di terra e il rivestimento in materiale poezo interno diventa il terminale positivo.
Per il tipo a tre contatti, il materiale piezoelettrico interno consiste in una piccola sezione piezoelettrica discretamente separata che diventa il terzo contatto e si comporta principalmente come elemento di feedback.
Il suddetto piezoelettrico a tre contatti può essere utilizzato anche in applicazioni di trasduttori a due fili in cui il terzo contatto di feedback centrale non è utilizzato.
La frequenza esterna da un driver piezo viene applicata attraverso la base metallica e il materiale piezoelettrico interno, il piezo inizia quindi a vibrare al livello di frequenza applicato, generando un suono acuto.
Tuttavia, questo suono può essere molto insignificante e di volume basso a meno che il piezo non sia fissato su uno speciale alloggiamento di plastica con un foro centrale.
La dimensione del foro è importante e non deve essere superiore a 8 mm di diametro o inferiore a 6 mm di diametro.
L'alloggiamento di plastica dovrebbe essere tale che il piezo sia bloccato con un adesivo su una piattaforma di sollevamento solo un paio di mm sopra la base dell'alloggiamento che consiste nel foro sopra spiegato.
La parte rialzata dovrebbe essere larga solo 2 mm, supportando appena il bordo della circonferenza del piezo.
È stata spiegata l'intera procedura di incollaggio (installazione) in questo semplice articolo sul circuito del cicalino .
Specifiche tecniche - Come funziona Piezo
Come sappiamo, un trasduttore piezoelettrico converte una forza meccanica in impulsi elettrici equivalenti attraverso i suoi terminali del corpo. L'applicazione di questa forza meccanica sul materiale piezoelettrico potrebbe essere nelle seguenti 3 forme di base:
- Trasversale
- Longitudinale
- Shear.
Effetto trasversale
In questo impatto la pressione è tagliata lungo un asse neutro (y), spostando le cariche lungo la direzione (x), perpendicolare alla linea di forza. L'intensità o il livello di carica (Cz) prodotto dipende dalle specifiche geometriche del materiale piezoelettrico. Se prendiamo a, b, d come le dimensioni che otteniamo:
Ccon= dxyFY b / a
dove per è la dimensione lungo l'asse neutro, b si trova sulla linea che genera la carica, e d è il coefficiente piezolettrico rilevante.
Effetto longitudinale
In questo impatto l'entità della carica trasferita è specificamente equivalente alla forza applicata. Tuttavia questo non dipende dalle dimensioni piezoelettriche.
L'unico modo per aumentare l'uscita di carica da un elemento piezoelettrico è configurare molti di questi dispositivi meccanicamente in serie o impilati uno sopra l'altro, ma collegati elettricamente in parallelo. La carica generata può essere calcolata utilizzando la seguente formula:
CX= dxxFX n
Dove dxxdenota il coefficiente piezoelettrico per una carica attraverso la direzione x, prodotta dallo stress o dalla forza applicata attraverso la stessa direzione. FXrappresenta la forza applicata nella direzione x, mentre n rappresenta il numero di elementi piezoelettrici impilati uno sopra l'altro.
Effetto di taglio
In questo impatto le cariche generate sono specificamente equivalenti alla forza esercitata, ma non dipendono dalle dimensioni del piezo. quando n numero di trasduttori sono impilati in serie uno sopra l'altro e collegati elettricamente in parallelo, l'entità della carica può essere calcolata utilizzando la seguente equazione:
CX= 2dxxFX n
Solo l'effetto trasversale presenta una sensibilità regolabile per la forza applicata sul materiale piezoelettrico, che non è disponibile per i risultati dell'effetto longitudinale e di taglio.
Precedente: Circuito driver piezoelettrico IC singolo - Indicatore di avviso LED Avanti: Spiegazione del circuito del driver piezoelettrico più semplice
