Se estás a deseñar produtos como un electrodoméstico, un panel de seguridade, un sistema de entrada ou un periférico de ordenador, podes optar por incluír un timbre como único medio para interactuar cos usuarios ou como parte dunha interface de usuario máis sofisticada.
Por Bruce Rose, enxeñeiro principal de aplicacións, CUI Devices
En calquera caso, o zumbador pode ser un medio barato e fiable de recoñecer un comando, indicar o estado do equipo ou dun proceso, provocar interacción ou activar unha alarma.
Fundamentalmente, un zumbador adoita ser de tipo magnético ou piezoeléctrico.A súa elección pode depender das características do sinal da unidade ou da potencia de audio de saída necesaria e do espazo físico dispoñible.Tamén podes escoller entre os tipos de indicador e transdutor, dependendo dos sons que desexes e das habilidades de deseño de circuítos dispoñibles.
Vexamos os principios detrás dos diferentes mecanismos e, a continuación, consideremos se o tipo magnético ou piezoeléctrico (e a elección do indicador ou actuador) podería ser o adecuado para o seu proxecto.
Zumbadores magnéticos
Os zumbadores magnéticos son esencialmente dispositivos accionados por corrente, que normalmente requiren máis de 20 mA para funcionar.A tensión aplicada pode ser tan baixa como 1,5 V ou ata uns 12 V.
Como mostra a figura 1, o mecanismo comprende unha bobina e un disco ferromagnético flexible.Cando a corrente pasa pola bobina, o disco é atraído cara á bobina e volve á súa posición normal cando a corrente non circula.
Esta desviación do disco fai que o aire nas proximidades se mova, e isto é interpretado como son polo oído humano.A corrente a través da bobina está determinada pola tensión aplicada e a impedancia da bobina.
Figura 1. Construcción e principio de funcionamento do zumbador magnético.
Zumbadores piezoeléctricos
A figura 2 mostra os elementos dun zumbador piezoeléctrico.Un disco de material piezoeléctrico está apoiado nos bordos dun recinto e os contactos eléctricos están fabricados nos dous lados do disco.Unha tensión aplicada a través destes electrodos fai que o material piezoeléctrico se deforme, dando lugar ao movemento de aire que se pode detectar como son.
En contraste co zumbador magnético, o zumbador piezoeléctrico é un dispositivo accionado por voltaxe;a tensión de funcionamento adoita ser maior e pode estar entre 12V e 220V, mentres que a corrente é inferior a 20mA.O zumbador piezoeléctrico está modelado como un capacitor, mentres que o zumbador magnético está modelado como unha bobina en serie cunha resistencia.
Figura 2. Construción do zumbador piezoeléctrico.
Para ambos os tipos, a frecuencia do ton audible resultante está determinada pola frecuencia do sinal de condución e pódese controlar nun amplo rango.Por outra banda, mentres os zumbadores piezoeléctricos presentan unha relación razoablemente lineal entre a intensidade do sinal de entrada e a potencia de audio de saída, a potencia de audio dos zumbadores magnéticos cae bruscamente coa forza do sinal decrecente.
As características do sinal de unidade que tes dispoñible poden influír se escollas un zumbador magnético ou piezoeléctrico para a túa aplicación.Non obstante, se a sonoridade é un requisito clave, os zumbadores piezoeléctricos normalmente poden producir un nivel de presión sonora (SPL) máis alto que os zumbadores magnéticos, pero tamén tenden a ter unha pegada maior.
Indicador ou transdutor
A decisión de escoller un indicador ou un tipo de transdutor está guiada pola gama de sons necesarios e o deseño dos circuítos asociados para conducir e controlar o zumbador.
Un indicador inclúe circuítos de condución integrados no dispositivo.Isto simplifica o deseño do circuíto (figura 3), permitindo un enfoque plug-and-play, a cambio dunha flexibilidade reducida.Aínda que só precisa aplicar unha tensión de CC, só se pode obter un sinal de audio continuo ou pulsado xa que a frecuencia está fixada internamente.Isto significa que os sons multifrecuencia, como as sirenas ou as badaladas, non son posibles cos zumbadores indicadores.
Figura 3. Un zumbador indicador produce son cando se aplica unha tensión continua.
Sen circuítos de condución integrados, un transdutor ofrécelle a flexibilidade para conseguir unha variedade de sons utilizando varias frecuencias ou formas de onda arbitrarias.Ademais dos sons básicos continuos ou pulsados, pode xerar sons como avisos de varios tons, sirenas ou badaladas.
A figura 4 mostra o circuíto de aplicación dun transdutor magnético.O interruptor é normalmente un transistor bipolar ou FET e úsase para amplificar a forma de onda de excitación.Debido á inductancia da bobina, o díodo que se mostra no diagrama é necesario para fixar a tensión de retroceso cando o transistor se apaga rapidamente.
Figura 4. Un transdutor magnético require un sinal de excitación, un transistor amplificador e un díodo para manexar a tensión de retroceso inducida.
Podes usar un circuíto de excitación similar cun transdutor piezoeléctrico.Debido a que o transdutor piezoeléctrico ten unha inductancia baixa, non é necesario un díodo.Non obstante, o circuíto necesita un medio para restablecer a tensión cando o interruptor está aberto, o que se pode facer engadindo unha resistencia no lugar do díodo, a costa dunha maior disipación de potencia.
Tamén se pode aumentar o nivel de son aumentando a tensión de pico a pico aplicada a través do transdutor.Se usa un circuíto de ponte completa como se mostra na figura 5, a tensión aplicada é o dobre que a tensión de alimentación dispoñible, o que lle proporciona unha potencia de audio de saída uns 6 dB máis alta.
Figura 5. Usando un circuíto ponte pódese duplicar a tensión aplicada ao transdutor piezoeléctrico, proporcionando 6 dB de potencia de audio extra.
Conclusión
Os zumbadores son sinxelos e económicos, e as opcións limítanse a catro categorías básicas: magnéticos ou piezoeléctricos, indicadores ou transductores.Os zumbadores magnéticos poden funcionar con voltaxes máis baixos pero requiren correntes de accionamento máis altas que os tipos piezoeléctricos.Os zumbadores piezoeléctricos poden producir un SPL máis alto pero tenden a ter unha pegada maior.
Podes utilizar un zumbador indicador só cunha tensión de CC ou escoller un transdutor para obter sons máis sofisticados se podes engadir os circuítos externos necesarios.Afortunadamente, CUI Devices ofrece unha gama de zumbadores magnéticos e piezoeléctricos en tipos indicadores ou transdutores para facilitar aínda máis a selección dun zumbador para o seu deseño.
Hora de publicación: 12-09-2023
