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Efeito Piezelétrico II

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Tópicos: Filtros Piezelétricos | Transformador Piezelétrico |

1) Filtros Piezelétricos

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Um filtro passa-faixa ideal teria uma curva amplitude × frequência de formato retangular, conforme parte esquerda da Figura 1-I. Filtros reais formam apenas uma aproximação do ideal. Ver parte direita da mesma figura. Ressonadores piezelétricos podem ser usados para a função. Também não fazem filtros ideais, mas os menores custos e tamanhos e a maior simplicidade são vantagens significativas se comparados com circuitos formados por indutores e capacitores.


Fig 1-I

Os primeiros filtros piezelétricos foram projetados para substituir os transformadores de frequência intermediária (FI) em receptores de rádio AM. Portanto, a frequência central desses filtros é 455 kHz. Na construção mais simples, são constituídos por dois elementos ressonantes (série e paralelo), conforme Figura 1-II (A). Para maior seletividade, pode ter duas ou mais ligações em cascata como em (B) da mesma figura.


Fig 1-II

Para operação na faixa de megahertz, como frequência intermediária de receptores de FM e TV, é usada uma construção monolítica conforme Figura 2-III. Valores típicos de frequência são 10,7 MHz (FM) e 3,58 a 6,5 MHz (TV).


Fig 1-III

Elementos ressonantes também podem ser usados para filtro de rejeição de faixa, conforme Figura 1-IV.


Fig 1-IV

Neste caso, os elementos são projetados de forma que a mínima impedância ocorra na frequência central da faixa. Em (A), um elemento simples em paralelo. Em (B), um elemento monolítico duplo, similar ao anterior, com um indutor para ajustar a largura da faixa.


2) Transformador Piezelétrico

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Transformadores piezelétricos são uma alternativa aos magnéticos para determinadas aplicações. Nos transformadores magnéticos, a corrente no primário produz um campo magnético que, por sua vez, induz uma corrente no secundário, isto é, o agente da transformação são campos magnéticos variáveis.

Na Figura 2-I, o princípio de operação de um transformador piezelétrico. A vibração transversal produzida pela tensão de entrada se propaga para o restante do material piezelétrico, o que provoca tensões mecânicas longitudinais que produzem a tensão de saída. Uma analogia pode ser feita com um fio esticado submetido a uma vibração transversal em um determinado ponto. ela é transmitida para o restante do fio.


Fig 2-I

Portanto, o agente de transformação são vibrações mecânicas. A parte primária pode ter várias camadas para maior relação de transformação. Deve trabalhar na frequência de ressonância do material piezelétrico, para maior eficiência. A tabela a seguir dá as principais características de alguns tipos comerciais.

Potência de entrada W 1,2 4,0 6,5
Eficiência mínima % 88 88 88
Relação de transformação 6,3 46-61 47-61
Frequência de ressonância kHz 147,5 54,2 54,2

Transformadores piezelétricos têm propriedades que são importantes ou determinantes em algumas aplicações, como pequenas dimensões, baixa interferência eletromagnética, elevadas impedâncias de entrada e de saída, são à prova de curto-circuito e não inflamáveis.

Inversores para alimentar lâmpadas fluorescentes de catodo frio são provavelmente a principal aplicação dos transformadores piezelétricos. O princípio de operação dessas lâmpadas é exibido, de forma simplificada, na Figura 2-II. São similares às lâmpadas fluorescentes comuns. A principal diferença é a não existência de filamento para partida.


Fig 2-II

O fluxo de elétrons, provocado pela diferença de potencial entre os eletrodos, colide com átomos de mercúrio, provocando a emissão de raios ultravioleta. A radiação ultravioleta é convertida em luz visível pela camada de fósforo no interior do tubo de vidro. São usadas para fornecer iluminação em displays de cristal líquido, empregados em computadores e televisores. Também em aparelhos de fax, scanners, instrumentos, etc. A tabela a seguir dá as características principais de alguns tipos comercialmente disponíveis.

Diam
mm
Compr
mm
Corr
mA
Tensão
Vrms
Pot
W
2,0 291 6,0 640 3,84
2,4 355 6,0 720 4,32
2,6 100 6,0 350 2,1
2,6 150 6,0 370 2,22
2,6 200 6,0 460 2,76
2,6 250 6,0 540 3,24
2,6 321 6,0 670 4,02
2,6 350 6,0 710 4,26
2,6 355 6,0 720 4,32
2,6 395 6,0 730 4,38
2,6 425 6,0 750 4,5
2,6 450 6,0 760 4,56

Pode ser visto na tabela que elas exigem tensões altas para operar, não diretamente disponíveis em aparelhos portáteis e/ou compactos como os citados.


Fig 2-III

Considerando as propriedades já mencionadas, pode-se concluir que os transformadores piezelétricos são mais adequados em conversores para tal finalidade. A simples comparação com as dimensões físicas e peso de um transformador convencional já é suficiente para a vantagem do tipo piezelétrico em aparelhos compactos ou portáteis. A Figura 2-III mostra o diagrama em blocos simplificado de um conversor típico.
Referências
Brophy, James J. Basic Electronics for Scientists. USA: McGraw-Hill, 1977.
U. S. Navy. Basic Electronics. Hemus, 1976.

Topo | Rev: Dez/2007