Se você estiver projetando produtos como um eletrodoméstico, um painel de segurança, um sistema de intercomunicação ou um periférico de computador, poderá optar por apresentar uma campainha como único meio de interação com os usuários ou como parte de uma interface de usuário mais sofisticada.
Por Bruce Rose, engenheiro principal de aplicações, CUI Devices
Em ambos os casos, a campainha pode ser um meio barato e confiável de confirmar um comando, indicar o status do equipamento ou de um processo, solicitar interação ou disparar um alarme.
Fundamentalmente, uma campainha geralmente é do tipo magnético ou piezoelétrico.Sua escolha pode depender das características do sinal da unidade ou da potência de saída de áudio necessária e do espaço físico disponível.Você também pode escolher entre os tipos de indicador e transdutor, dependendo dos sons desejados e das habilidades de design de circuito disponíveis.
Vamos dar uma olhada nos princípios por trás dos diferentes mecanismos e depois considerar se o tipo magnético ou piezoelétrico (e a escolha do indicador ou atuador) pode ser adequado para o seu projeto.
Campainhas magnéticas
As campainhas magnéticas são essencialmente dispositivos acionados por corrente, normalmente exigindo mais de 20mA para operar.A tensão aplicada pode ser tão baixa quanto 1,5 V ou até cerca de 12 V.
Como mostra a figura 1, o mecanismo compreende uma bobina e um disco ferromagnético flexível.Quando a corrente passa pela bobina, o disco é atraído pela bobina e retorna à sua posição normal quando a corrente não está fluindo.
Essa deflexão do disco faz com que o ar próximo se mova, e isso é interpretado como som pelo ouvido humano.A corrente através da bobina é determinada pela tensão aplicada e pela impedância da bobina.
Figura 1. Construção e princípio de funcionamento da campainha magnética.
Campainhas piezoelétricas
A Figura 2 mostra os elementos de uma campainha piezoelétrica.Um disco de material piezoelétrico é apoiado nas bordas de um invólucro e contatos elétricos são fabricados nos dois lados do disco.Uma voltagem aplicada a esses eletrodos faz com que o material piezoelétrico se deforme, resultando no movimento do ar que pode ser detectado como som.
Em contraste com a campainha magnética, a campainha piezoelétrica é um dispositivo acionado por tensão;a tensão de operação geralmente é mais alta e pode estar entre 12V e 220V, enquanto a corrente é inferior a 20mA.A campainha piezoelétrica é modelada como um capacitor, enquanto a campainha magnética é modelada como uma bobina em série com um resistor.
Figura 2. Construção da campainha piezoelétrica.
Para ambos os tipos, a frequência do tom audível resultante é determinada pela frequência do sinal de condução e pode ser controlada numa ampla faixa.Por outro lado, embora as campainhas piezoeléctricas exibam uma relação razoavelmente linear entre a intensidade do sinal de entrada e a potência de áudio de saída, a potência de áudio das campainhas magnéticas cai drasticamente com a diminuição da intensidade do sinal.
As características do sinal de acionamento disponível podem influenciar a escolha de uma campainha magnética ou piezoelétrica para sua aplicação.No entanto, se o volume for um requisito fundamental, as campainhas piezoelétricas normalmente podem produzir um nível de pressão sonora (SPL) mais alto do que as campainhas magnéticas, mas também tendem a ocupar uma área maior.
Indicador ou transdutor
A decisão de escolher um tipo de indicador ou transdutor é orientada pela gama de sons necessários e pelo design do circuito associado para acionar e controlar a campainha.
Um indicador vem com circuitos de acionamento integrados ao dispositivo.Isto simplifica o projeto do circuito (figura 3), permitindo uma abordagem plug-and-play, em troca de flexibilidade reduzida.Embora você só precise aplicar uma tensão CC, só é possível obter um sinal de áudio contínuo ou pulsado, pois a frequência é fixada internamente.Isso significa que sons multifrequenciais, como sirenes ou sinos, não são possíveis com campainhas indicadoras.
Figura 3. Uma campainha indicadora produz um som quando uma tensão CC é aplicada.
Sem nenhum circuito de acionamento integrado, um transdutor oferece flexibilidade para obter uma variedade de sons usando várias frequências ou formas de onda arbitrárias.Além dos sons básicos contínuos ou pulsados, você pode gerar sons como avisos multitons, sirenes ou sinos.
A Figura 4 mostra o circuito de aplicação de um transdutor magnético.A chave é normalmente um transistor bipolar ou FET e é usada para amplificar a forma de onda de excitação.Devido à indutância da bobina, o diodo mostrado no diagrama é necessário para fixar a tensão flyback quando o transistor é desligado rapidamente.
Figura 4. Um transdutor magnético requer um sinal de excitação, um transistor amplificador e um diodo para lidar com a tensão de retorno induzida.
Você pode usar um circuito de excitação semelhante com um transdutor piezoelétrico.Como o transdutor piezoelétrico tem baixa indutância, não é necessário um diodo.Porém, o circuito precisa de um meio de redefinir a tensão quando a chave está aberta, o que pode ser feito adicionando um resistor no lugar do diodo, ao custo de maior dissipação de potência.
Também é possível aumentar o nível de som aumentando a tensão pico a pico aplicada ao transdutor.Se você usar um circuito de ponte completa como mostrado na figura 5, a tensão aplicada será duas vezes maior que a tensão de alimentação disponível, o que lhe dará uma potência de áudio de saída cerca de 6dB maior.
Figura 5. O uso de um circuito de ponte pode dobrar a tensão aplicada ao transdutor piezoelétrico, fornecendo 6 dB de potência de áudio extra.
Conclusão
As campainhas são simples e baratas, e as opções são limitadas a quatro categorias básicas: magnéticas ou piezoelétricas, indicadoras ou transdutoras.As campainhas magnéticas podem operar com tensões mais baixas, mas requerem correntes de acionamento mais altas do que os tipos piezoelétricos.As campainhas piezoelétricas podem produzir um SPL mais alto, mas tendem a ocupar um espaço maior.
Você pode operar uma campainha indicadora apenas com tensão CC ou escolher um transdutor para sons mais sofisticados se for capaz de adicionar o circuito externo necessário.Felizmente, a CUI Devices oferece uma variedade de campainhas magnéticas e piezoelétricas, tanto do tipo indicador quanto de transdutor, para tornar ainda mais fácil a seleção de uma campainha para o seu projeto.
Horário da postagem: 12 de setembro de 2023
