Circuito de accionamiento piezoeléctrico:4 tecnologías de diseño comunes

Acerca del circuito de accionamiento piezoeléctrico, a menudo, necesitamos medir cantidades físicas como la temperatura, la presión del sonido y el estrés mecánico. Un transductor es cualquier dispositivo que podamos usar para medir tales cantidades. Normalmente, lo que hace un transductor es convertir una señal mecánica en una señal eléctrica.

Existen muchos tipos de transductores, y un transductor piezoeléctrico es uno de ellos. Cualquier dispositivo que utilice este transductor puede convertir una cantidad física en una señal eléctrica. No obstante, la pregunta del millón es ¿cómo funciona un transductor piezoeléctrico?

Esta guía de circuitos de accionamiento piezoeléctrico explicará los circuitos de este sistema y su tecnología de diseño común.

1. Principios de funcionamiento del circuito de accionamiento piezoeléctrico

Un electricista

Primero debe comprender la composición de un zumbador piezoeléctrico. Algunos materiales tienen propiedades piezoeléctricas y las encontrará en cualquier zumbador piezoeléctrico. Incluyen cuarzo, difluoruro de polivinilideno, titanato de circonato de plomo (PZT) y sal de Rochelle, entre muchos otros.

En los circuitos de excitación típicos, encontrará una sirena piezoeléctrica recubierta con un material conductor. Cuando aplica presión sonora sobre la superficie conductora, los iones del elemento piezoeléctrico se activarán. En consecuencia, los iones se moverán de un extremo al otro del material conductor.

Por lo tanto, conducirá a la generación de una carga. La carga de salida será posteriormente crucial en la calibración de la presión de sonido original.

Tenga en cuenta que este esfuerzo puede ser de tracción o de compresión. Por lo tanto, el tipo de tensión y la orientación del elemento piezoeléctrico determinarán la intensidad de la señal de salida.

Además, tenga en cuenta que la salida de audio dependerá de la cantidad de voltaje de CA de entrada.

2. Circuito básico de accionamiento piezoeléctrico

Componentes eléctricos

Necesita muy pocos componentes para este circuito, incluido un interruptor electrónico, una resistencia de reinicio y un zumbador piezoeléctrico. Puede incluir un transistor de unión bipolar (BJT) o un transistor de efecto de campo (FET) para el interruptor.

Para el circuito, necesitas algunos componentes, y todos son baratos. Por lo tanto, puede trabajar con un presupuesto pequeño. No obstante, tiene algunas desventajas que incluyen una limitación de disipación de energía por parte de la resistencia de reinicio. Además, la señal de control de entrada de su sistema determinará la cantidad de sonido piezoeléctrico. Por tanto, tendrás que lidiar con estas limitaciones si optas por el circuito básico.

Además, tenga en cuenta que no necesariamente tiene que conectar el zumbador piezoeléctrico al terminal positivo. Cuando lo conecte a la tierra del circuito, funcionará con la misma eficacia.

3. Adición de búferes a un circuito de accionamiento de transductor piezoeléctrico básico

Un orador

Puede evitar el problema de la resistencia de reinicio en el circuito anterior mediante la adición de búferes. Para este circuito, debe agregar dos transistores de búfer para resolver el problema de impedancia del transductor. No obstante, esto indudablemente afectará la entrega de energía del sistema. El voltaje de accionamiento disminuirá en aproximadamente 1,2 voltios, pero la conexión evitará por completo la impedancia del transductor.

También cabe destacar que se puede conectar la sirena piezoeléctrica al terminal positivo o de tierra. Independientemente de cómo lo conecte, no influirá en el rendimiento del componente de sonido.

Todavía puede mejorar el voltaje de la unidad alterando la conexión del circuito teórico. Todo lo que necesita hacer es modificar la ubicación del búfer BJT en el circuito. Alternativamente, puede usar búferes FET en lugar de búferes BJT, y el circuito será igualmente funcional.

4. Circuitos de transmisión de medio puente y puente completo

Componentes eléctricos

Hay muchos tipos de circuitos impulsores, pero no tendrás uno tan efectivo como esta conexión. Es una mejora del circuito anterior y permite una amplia gama de componentes discretos. El circuito de controlador analógico anterior se esforzará por entregar, especialmente cuando usa componentes discretos.

Puede tener controladores de medio puente o controladores de puente completo, según sus conexiones. Cuando utiliza búferes push-pull, esto producirá búferes de medio puente. Por otro lado, creará un controlador de puente completo cuando el circuito del controlador esté desfasado. Para el controlador de puente completo, puede usarlo conectando la sonda piezoeléctrica al pin de salida del circuito.

Con controladores de puente completo, tiene la ventaja de obtener el doble de la potencia de salida alcanzable de los otros circuitos. Posteriormente, el volumen del sonido de salida será mayor que el del circuito básico o circuito de medio puente. Puede probar esto conectando los tres circuitos en el mismo voltaje de CA de entrada.

Debido al rango de voltaje de salida óptimo, encontrará este tipo de circuitos de controlador en motores eléctricos. También accederás a los dos circuitos puente de forma económica. Por lo tanto, es un circuito integrado que puede adquirir y utilizar fácilmente.

5. Circuito controlador resonante

Una placa de circuito

Puede crear el circuito de controlador resonante para alimentar un zumbador piezoeléctrico de unidad externa en lugar de los circuitos anteriores. Necesita un inductor discreto y su sistema funcionará a través del concepto de capacitancia parásita de un circuito controlador básico. El circuito resonante opera a través de un principio simple de almacenamiento y transferencia de energía entre el inductor y el capacitor.

Puede ensamblar la conexión en placas de circuito siempre que tenga estos componentes de circuito. El circuito resonante también será muy ventajoso en primer lugar, dado que es fácil de montar. En segundo lugar, tiene eficiencia eléctrica y también garantiza un rango de salida más alto que el voltaje de la fuente de alimentación.

Un inductor

No obstante, el circuito resonante operará solo a una frecuencia constante. Por lo tanto, no puede usarlo para impulsar actuadores piezoeléctricos que requieren un amplio rango de frecuencia. Esta frecuencia constante también afectará la efectividad del inductor. Cabe destacar que puede elegir un inductor más grande o más pesado que el tipo común de piezas de circuito. No afectará de ninguna manera la frecuencia de audio del sistema.

Esta capacitancia parásita del transductor también influirá en la eficacia del sistema. Muchos fabricantes no cuidan este aspecto; por lo tanto, debe soportarlo durante la operación. Por último, también tendrá dificultades para modelar el mecanismo de funcionamiento de este sistema. Por lo tanto, tendrá que pasar más tiempo en el laboratorio durante su fase de diseño. No obstante, a pesar de estas limitaciones, te beneficiarás de la alta eficiencia que garantiza.

Conclusión

Le hemos proporcionado un esquema elaborado de las diferentes opciones de circuito de accionamiento piezoeléctrico. Dependiendo de su uso previsto, por lo tanto, puede elegir el que más le convenga. Todos estos circuitos piezoeléctricos también son fáciles de montar. Por lo tanto, puede crear su salida de sonido deseada sin mucha molestia.

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