Si está diseñando productos como un electrodoméstico, un panel de seguridad, un sistema de entrada de puerta o un periférico de computadora, puede optar por incluir un timbre como único medio de interacción con los usuarios o como parte de una interfaz de usuario más sofisticada.
Por Bruce Rose, ingeniero principal de aplicaciones, CUI Devices
En cualquier caso, el zumbador puede ser un medio económico y confiable de reconocer un comando, indicar el estado de un equipo o de un proceso, provocar una interacción o generar una alarma.
Básicamente, un zumbador suele ser de tipo magnético o piezoeléctrico.Su elección puede depender de las características de la señal del controlador o de la potencia de salida de audio requerida y el espacio físico disponible.También puede elegir entre tipos de indicador y transductor, según los sonidos que desee y las habilidades de diseño de circuitos que tenga disponibles.
Echemos un vistazo a los principios detrás de los diferentes mecanismos y luego consideremos si el tipo magnético o piezoeléctrico (y la elección del indicador o actuador) podría ser adecuado para su proyecto.
Zumbadores magnéticos
Los zumbadores magnéticos son esencialmente dispositivos impulsados por corriente, que normalmente requieren más de 20 mA para funcionar.El voltaje aplicado puede ser tan bajo como 1,5 V o hasta aproximadamente 12 V.
Como muestra la figura 1, el mecanismo comprende una bobina y un disco ferromagnético flexible.Cuando la corriente pasa a través de la bobina, el disco es atraído hacia la bobina y regresa a su posición normal cuando la corriente no fluye.
Esta desviación del disco hace que el aire circundante se mueva, lo que el oído humano interpreta como sonido.La corriente a través de la bobina está determinada por el voltaje aplicado y la impedancia de la bobina.
Figura 1. Construcción y principio de funcionamiento del zumbador magnético.
Zumbadores piezoeléctricos
La Figura 2 muestra los elementos de un zumbador piezoeléctrico.Un disco de material piezoeléctrico está soportado en los bordes de un recinto y se fabrican contactos eléctricos en los dos lados del disco.Un voltaje aplicado a través de estos electrodos hace que el material piezoeléctrico se deforme, lo que resulta en un movimiento de aire que puede detectarse como sonido.
A diferencia del zumbador magnético, el zumbador piezoeléctrico es un dispositivo accionado por tensión;el voltaje de funcionamiento suele ser mayor y puede estar entre 12V y 220V, mientras que la corriente es inferior a 20mA.El zumbador piezoeléctrico se modela como un condensador, mientras que el zumbador magnético se modela como una bobina en serie con una resistencia.
Figura 2. Construcción del zumbador piezoeléctrico.
Para ambos tipos, la frecuencia del tono audible resultante está determinada por la frecuencia de la señal de conducción y puede controlarse en un amplio rango.Por otro lado, mientras que los zumbadores piezoeléctricos exhiben una relación razonablemente lineal entre la intensidad de la señal de entrada y la potencia de audio de salida, la potencia de audio de los zumbadores magnéticos cae bruscamente al disminuir la intensidad de la señal.
Las características de la señal de accionamiento que tiene disponible pueden influir en si elige un zumbador magnético o piezoeléctrico para su aplicación.Sin embargo, si el volumen es un requisito clave, los zumbadores piezoeléctricos normalmente pueden producir un nivel de presión sonora (SPL) más alto que los zumbadores magnéticos, pero también tienden a tener una huella más grande.
Indicador o transductor
La decisión de elegir un tipo de indicador o transductor está guiada por la gama de sonidos requeridos y el diseño del circuito asociado para accionar y controlar el zumbador.
Un indicador viene con un circuito de conducción integrado en el dispositivo.Esto simplifica el diseño del circuito (figura 3), lo que permite un enfoque plug-and-play, a cambio de una flexibilidad reducida.Si bien solo es necesario aplicar un voltaje de CC, solo se puede obtener una señal de audio continua o pulsada ya que la frecuencia está fijada internamente.Esto significa que los sonidos multifrecuencia, como sirenas o timbres, no son posibles con los zumbadores indicadores.
Figura 3. Un zumbador indicador produce un sonido cuando se aplica un voltaje de CC.
Sin circuitos de conducción incorporados, un transductor le brinda la flexibilidad de lograr una variedad de sonidos usando varias frecuencias o formas de onda arbitrarias.Además de los sonidos básicos continuos o pulsados, puedes generar sonidos como avisos multitono, sirenas o timbres.
La Figura 4 muestra el circuito de aplicación de un transductor magnético.El interruptor suele ser un transistor bipolar o FET y se utiliza para amplificar la forma de onda de excitación.Debido a la inductancia de la bobina, el diodo que se muestra en el diagrama es necesario para fijar el voltaje de retorno cuando el transistor se apaga rápidamente.
Figura 4. Un transductor magnético requiere una señal de excitación, un transistor amplificador y un diodo para manejar el voltaje de retorno inducido.
Puede utilizar un circuito de excitación similar con un transductor piezoeléctrico.Debido a que el transductor piezoeléctrico tiene baja inductancia, no se requiere un diodo.Sin embargo, el circuito necesita un medio para restablecer el voltaje cuando el interruptor está abierto, lo que se puede hacer agregando una resistencia en lugar del diodo, a costa de una mayor disipación de energía.
También se puede aumentar el nivel de sonido elevando el voltaje pico a pico aplicado a través del transductor.Si utiliza un circuito de puente completo como se muestra en la figura 5, el voltaje aplicado es dos veces mayor que el voltaje de suministro disponible, lo que le brinda aproximadamente 6 dB más de potencia de salida de audio.
Figura 5. El uso de un circuito puente puede duplicar el voltaje aplicado al transductor piezoeléctrico, brindando 6 dB de potencia de audio adicional.
Conclusión
Los zumbadores son simples y económicos, y las opciones se limitan a cuatro categorías básicas: magnéticos o piezoeléctricos, indicadores o transductores.Los zumbadores magnéticos pueden funcionar con voltajes más bajos pero requieren corrientes de accionamiento más altas que los tipos piezoeléctricos.Los zumbadores piezoeléctricos pueden producir un SPL más alto, pero tienden a ocupar más espacio.
Puede operar un timbre indicador con solo voltaje de CC o elegir un transductor para sonidos más sofisticados si puede agregar los circuitos externos necesarios.Afortunadamente, CUI Devices ofrece una gama de zumbadores magnéticos y piezoeléctricos en tipos de indicador o transductor para facilitar aún más la selección de un zumbador para su diseño.
Hora de publicación: 12 de septiembre de 2023
