Circuitos Piezoelétricos: Guia Completo e Aplicações

Todos os dias, nos deparamos com diferentes situações que nos exigem medir grandezas físicas desconhecidas. Como níveis de temperatura ou níveis de pressão. E, para medir essas grandezas desconhecidas, você precisará de um dispositivo com tais capacidades. Felizmente, temos a resposta. Tudo que você precisa é um circuito piezo. Existem diferentes tipos de circuitos piezo para várias aplicações, como o buzzer piezoelétrico ou sensor piezo. No entanto, o foco deste artigo é nos transdutores piezoelétricos. Então, neste artigo, mostraremos tudo o que você precisa saber sobre circuitos piezo e os diferentes tipos de circuitos piezo. Além disso, se você quiser aprender mais sobre transdutores piezoelétricos para seu projeto de conversão, este artigo também é para você.

Está pronto? Vamos começar!

O que são Circuitos Piezo

Circuito digital

Primeiro, vejamos o que significa piezoeletricidade. Simplificando, piezoeletricidade é eletricidade produzida a partir de pressão mecânica, criando o que conhecemos como efeito piezoelétrico.

Agora, um circuito piezo usa este efeito piezoelétrico para converter energia criada por mudanças em força, aceleração, temperatura, pressão ou deformação em uma carga elétrica.

O termo transdutor abrange tudo que pode mudar uma forma de energia em outra. Assim, o transdutor piezoelétrico é um dos tipos de transdutores.

Mas não é só isso.

A sensibilidade do transdutor piezoelétrico é alta. Então, pode servir como sensor e funcionar em um acelerômetro por causa de sua boa resposta de frequência.

Como Funciona um Transdutor Piezoelétrico?

Ícones de transdutores de ultrassom

Como mencionado anteriormente, o transdutor piezoelétrico funciona no princípio piezoelétrico. Além disso, o material piezoelétrico, neste caso quartzo, tem uma fina camada de material condutor (prata) cobrindo seu corpo.

Cristal de Quartzo

Além disso, cristais de quartzo são combinações de silício e oxigênio dispostas em um sistema cristalino ordenado (SiO2).

O que mais, cristais piezoelétricos são eletricamente neutros e não polarizados (não uniformes e simétricos).

Embora os átomos presentes nesses cristais não estejam em ordem, têm cargas elétricas moderadas. Em outras palavras, as cargas positivas contrabalanceiam as negativas.

Além disso, o cristal de quartzo tem uma função única. Ele produz uma polaridade elétrica sempre que você aplica pressão ou força mecânica a ele em uma superfície.

Se você quiser obter mais informações sobre como funcionam os circuitos Piezo, pode conferir este artigo.

Tipos de Transdutores Piezoelétricos

Existem vários tipos de transdutores piezoelétricos. Além disso, você pode classificar esses tipos de transdutores piezo de acordo com o material do cristal piezoelétrico.

Transdutores Piezoelétricos Cerâmicos

Bem, você pode criar o transdutor piezoelétrico cerâmico em diferentes formas e tamanhos. Por essa razão, você sempre pode atender aos seus requisitos específicos ou dos seus clientes. O componente principal do transdutor piezoelétrico cerâmico é criado principalmente por composições de titanato de zircônio e chumbo.

Transdutores Piezoelétricos de Sal de Rochelle

Sal de Rochelle é outro material que pode funcionar em transistores piezo. De todos os diferentes materiais piezoelétricos, o sal de Rochelle é o material com a maior saída.

Alguns dos pontos negativos incluem não poder usar este material em ambientes úmidos. Também, você pode usar este material acima de uma temperatura particular (240 graus Celsius).

No entanto, cristais sintéticos são mais eficazes para aplicações de pico de tensão de saída, especialmente para sensibilidade, do que cristais naturais.

Transdutores Piezoelétricos Baseados na Operação

Você pode dividir um transdutor piezo em mega-sônico, sônico e ultrassônico, dependendo da frequência de trabalho. Cada uma dessas classificações tem designs e funções diferentes. Primeiro, você pode usar o transdutor sônico em qualquer nível de frequência audível, que deve ser inferior a 2 kHz.

Bons exemplos de transdutor sônico são transdutores buzzer. Segundo, a frequência normal de operação do transdutor ultrassônico está entre 20 a 200 kHz. Por fim, transdutores mega-sônicos funcionam no nível de frequência MHz.

Transdutores Ultrassônicos

Exemplos de Circuitos Piezo

Aqui estão alguns exemplos de outros circuitos piezo e como eles funcionam:

Buzzer Alto Alimentado por 3V

Diagrama de Circuito Buzzer Alto 3V

É difícil obter uma intensidade de som alta de um buzzer tipo piezoelétrico com alimentação de 3V DC.

No entanto, este circuito contorna tais limitações e produz eficientemente um som intenso. Ele faz isso combinando um setor de aumento de tensão com uma rede de realimentação ressonante.

Assim, a tensão que a pastilha piezoelétrica recebe é de aproximadamente 40 volts pico a pico. O resultado final é um circuito que cria um som alto sem consumir muita corrente.

Alarme de Movimento Usando Dispositivo Piezo

Alarme de Movimento Usando Dispositivo Piezo

Aqui está outro circuito piezo que é acessível e fácil de construir. O resultado deste circuito é um dispositivo piezoelétrico que você pode usar como dispositivo de detecção de movimento para qualquer alarme de movimento.

Gerador de Som de Clique Circuito Piezo

Gerador de Som de Clique Circuito Piezo

O circuito gerador de som de clique cria um "clique" audível ou feedback sempre que você pressiona um botão — em um sistema de computador. Ambos os circuitos acima têm a capacidade de gerar esses sons de clique toda vez que sua entrada lógica muda de baixa para alta.

O gerador de som tipo piezo tem baixo consumo de energia e fornece um nível de indicação de sensor. Também, você pode controlar o número de cliques que obtém por segundo.

Chave de Toque Piezoelétrica

 

Circuito Chave de Toque Piezoelétrica

Aqui está outro circuito piezo que utiliza uma pastilha piezoelétrica. Além disso, você pode proteger esta pastilha dentro de uma caixa plástica para que atue como sensor de toque de dedo. Portanto, sempre que você toca a caixa contendo a pastilha, ela ligará/desligará a energia (AC ou DC) de um dispositivo externo.

Adicionalmente, uma bateria de 9V alimenta este circuito e aciona um relé de bobina única com classificação de contato de 10 Amp (5V). Com este relé, você comuta entre energia AC ou DC. Também, quando você coloca o circuito em modo de espera, ele consome uma corrente mínima de 1µA.

Caixa Plástica para Circuito Chave de Toque Piezo

Transdutor Piezoelétrico: Os Diferentes Tipos de Modos de Operação

O transdutor piezoelétrico tem três principais modos de operação, dependendo de como você fatia o material piezoelétrico. Eles incluem modos de operação transversal, longitudinal e cisalhamento.

Para o modo transversal; você pode aplicar pressão ao eixo principal 'Y' e gerar uma carga. Em seguida, mova-se na direção 'X' em um ângulo de 90 graus da linha de pressão. Neste ponto, a carga dependerá da forma do material piezoelétrico.

Para o modo longitudinal, a carga gerada depende da força que você aplica. Em contraste com o efeito transversal, a carga no modo longitudinal não depende da forma ou tamanho do material piezoelétrico.

Finalmente, o modo de cisalhamento é semelhante ao efeito longitudinal. Gera carga baseada na força que você aplica e também não depende da geometria do componente piezoelétrico.

Aplicações de Transdutores Piezoelétricos

Aqui estão algumas aplicações do transdutor piezoelétrico:

• Em automóveis, sensores de proximidade e nível

Aplicações Automotivas

• Em produtos residenciais como detectores de movimento ou detectores de objetos
• Em dispositivos eletrônicos normais como brinquedos, controles remotos e jogos

Controles Remotos

• Para calcular detonações em aplicações automotivas
• Em aeroportos ou restaurantes com portas automáticas

Vantagens e Limitações dos Transdutores Piezoelétricos

Aqui estão algumas das vantagens e limitações dos transdutores piezoelétricos

Vantagens

• São transdutores auto-geradores
• Perfeitos para uma ampla variedade de aplicações
• Simples de usar e manusear em circuitos

Limitações

• Suscetíveis a condições ambientais como temperatura
• Não podem medir aplicações estáticas
• Você não consegue obter a forma e resistência que deseja para seus materiais piezoelétricos com facilidade
• Ocasionalmente baixa tensão de saída em poucas aplicações

Em Resumo

Circuitos piezoelétricos são circuitos únicos que funcionam para várias aplicações. O transdutor piezoelétrico é um desses circuitos que oferece capacidades únicas que você dificilmente encontra em outros dispositivos sensores.

O transdutor piezoelétrico tem várias vantagens e desvantagens — mas isso depende da sua aplicação. Por fim, certifique-se de avaliar de perto o desempenho de um transdutor piezoelétrico antes de fazer uma escolha ou compra.

Chegamos agora ao fim deste artigo. No entanto, se você tiver mais perguntas, sinta-se à vontade para nos contatar. Adoraríamos ouvir você.