En la mayoría de las aplicaciones en que se desea producir un sonido de señalización de baja potencia, los transductores piezoeléctricos, bocinas o cápsulas piezoeléctricas cerámicas consisten en una solución eficiente y barata para ellas. Vea en este artículo cómo funcionan y cómo utilizar.
Los transductores o cápsulas piezoeléctricas de cerámica se pueden encontrar en una gran variedad de tamaños y potencias, para las más diversas aplicaciones.
Se pueden utilizar como simples dispositivos de señalización hasta la reproducción de sonido de baja potencia en un auricular.
En la figura 1 tenemos algunos tipos comunes de cápsulas.
Se pueden abrir, sólo con el elemento reproductor visible o cerrado en envoltorios plásticos para uso externo o montaje en placas de circuito impreso.
Como funciona
En nuestro libro Curso de Electrónica - Electrónica Básica tratamos de materiales denominados piezoeléctricos, en que la disposición de los átomos es tal que ellos pasan a presentar propiedades que se manifiestan externamente.
Los materiales piezoeléctricos son ejemplos, pudiendo ser dados como ejemplos el cuarzo y ciertos tipos de cerámicas.
Cuando estos materiales son deformados, manifiestan una diferencia de potencial eléctrico entre sus extremos y, inversamente, cuando sometidos a una tensión se deforman, como muestra la figura 2.
En el caso del cuarzo aprovechamos esta deformación para hacerlo vibrar en una frecuencia única que depende del corte.
En la figura 3 tenemos un ejemplo de circuito en el que la frecuencia de operación es determinada por un cristal de cuarzo.
Sin embargo, en las cerámicas podemos ir más allá, y tener mucho pero aplicaciones que simplemente oscilar en una sola frecuencia.
Las cerámicas de titanato de bario son especialmente utilizadas en muchas aplicaciones, tanto por ser fácil de obtener y baratas como por no presentar peligro, pues no representa peligro para el medio ambiente y para las personas.
Tenemos entonces varias aplicaciones interesantes que podemos citar como ejemplos.
Una de ellas consiste en el encendedor de cocinas a gas del tipo mostrado en la figura 4.
El principio de funcionamiento de este tipo de aparato es bastante ingenioso.
En él, tenemos una cerámica piezoeléctrica y un gatillo con una especie de martillo.
Cuando aprieta el gatillo, el martillo da un golpe en la cerámica de tal forma que produce entre sus extremos una tensión que puede sobrepasar 2 000 V.
El resultado es que en los electrodos colocados en la parte frontal del encendedor se produce una chispa, suficientemente fuerte para encender el gas de una estufa.
Otra aplicación, que es la más común es en las pequeñas pastillas productoras de sonido que encontramos en muchos aparatos, como la mostrada en la figura 5.
Estas pastillas se pueden encontrar sin envoltura o incluso dentro de envoltorios plásticos con los más diversos formatos.
Cuando aplicamos una señal a este tipo de transductor, la cerámica se deforma, vibrando en la misma frecuencia.
El resultado es la producción de una onda de sonido.
En las aplicaciones prácticas es común tratar de hacer que opere en la frecuencia de resonancia entre 1 000 y 3 000 Hz para los tipos comunes cuando el rendimiento es mayor y, por lo tanto, el sonido más intenso.
Podemos encontrar este tipo de transductor ya con el oscilador incluido produciendo tanto sonido continuo como intermitente.
Así, en estos casos, no necesitamos oscilador externo, bastando alimentar el bocadillo con una tensión continua.
En la figura 6 tenemos algunos de estos bocadillos con oscilador.
El buzzer de la figura o transductor piezoeléctrico con oscilador se puede encontrar en versiones de 3 a 15 V y produce un sonido de 2 800 Hz.
Vea que el tipo de alimentación para el transductor solo y con oscilador es diferente.
Otra aplicación importante, utilizando cerámicas capaces de operar con potencias elevadas es en la producción de ultrasonidos.
Las limpiadoras ultrasónicas pueden entonces utilizar este tipo de transductor.
Se montan en contacto con un contenedor de acero inoxidable para el que transmiten los ultrasonidos generados por un circuito potente.
Eléctricamente los transductores de este tipo se comportan como un capacitor, como muestra la figura 7.
A continuación, presentan una elevada impedancia, lo que significa un consumo muy bajo y una facilidad de excitación por los circuitos electrónicos.
Aplicaciones
Para los transductores comunes, sin oscilador, tenemos diversas posibilidades de uso con circuitos conductores.
Una configuración simple se muestra en el probador de continuidad de la figura 8.
El montaje de este circuito se puede realizar en una pequeña matriz de contactos, como se muestra en la figura 9.
Si se coloca una punta de prueba en la otra debe haber emisión de sonido.
Los transistores admite equivalentes y los resistores son de 1/8 W con cualquier tolerancia.
Se pueden cambiar los capacitores para modificar el sonido emitido.
En la figura 10 tenemos una sugerencia de caja para el montaje.
La figura 11 muestra un generador de bips, un poco más complejo pues utiliza un circuito integrado y dos transistores.
El intervalo entre los bips es dado por C1 y la frecuencia por los otros dos capacitores del circuito.
El montaje en una matriz de contactos se muestra en la figura 12.
En el montaje, observe la posición del circuito integrado y de los transistores.
Los resistores de son de 1/8 W con cualquier tolerancia y la alimentación puede ser hecha por tensiones a partir de 5 V.
Conclusión
Estos dos ejemplos muestran cómo podemos utilizar los transductores cerámicos en la práctica.
En el sitio del autor, podremos encontrar una gran cantidad de circuitos que excita estos componentes directamente.