Se stai progettando prodotti come un elettrodomestico, un pannello di sicurezza, un sistema di ingresso o una periferica per computer, potresti scegliere di includere un cicalino come unico mezzo per interagire con gli utenti o come parte di un'interfaccia utente più sofisticata.
Di Bruce Rose, Principal Applications Engineer, CUI Devices
In entrambi i casi, il cicalino può essere un mezzo economico e affidabile per riconoscere un comando, indicare lo stato di un'apparecchiatura o di un processo, sollecitare l'interazione o generare un allarme.
Fondamentalmente, un cicalino è solitamente di tipo magnetico o piezoelettrico.La tua scelta può dipendere dalle caratteristiche del segnale pilota, dalla potenza audio in uscita richiesta e dallo spazio fisico disponibile.Puoi anche scegliere tra tipi di indicatori e trasduttori, a seconda dei suoni che desideri e delle competenze di progettazione dei circuiti a tua disposizione.
Diamo un'occhiata ai principi alla base dei diversi meccanismi e poi consideriamo se il tipo magnetico o piezoelettrico (e la scelta dell'indicatore o dell'attuatore) potrebbe essere adatto al tuo progetto.
Cicalini magnetici
I cicalini magnetici sono essenzialmente dispositivi azionati da corrente, che in genere richiedono più di 20 mA per funzionare.La tensione applicata può essere pari a 1,5 V o fino a circa 12 V.
Come mostra la figura 1, il meccanismo comprende una bobina e un disco ferromagnetico flessibile.Quando la corrente passa attraverso la bobina, il disco viene attratto verso la bobina e ritorna nella sua posizione normale quando la corrente non scorre.
Questa deflessione del disco fa sì che l'aria nelle vicinanze si muova e ciò viene interpretato come suono dall'orecchio umano.La corrente attraverso la bobina è determinata dalla tensione applicata e dall'impedenza della bobina.
Figura 1. Costruzione e principio di funzionamento del cicalino magnetico.
Cicalini piezoelettrici
La Figura 2 mostra gli elementi di un cicalino piezoelettrico.Un disco di materiale piezoelettrico è supportato ai bordi in un involucro e sui due lati del disco sono realizzati contatti elettrici.Una tensione applicata a questi elettrodi provoca la deformazione del materiale piezoelettrico, provocando un movimento d'aria che può essere rilevato come suono.
A differenza del cicalino magnetico, il cicalino piezoelettrico è un dispositivo a tensione;la tensione operativa è solitamente più alta e può essere compresa tra 12V e 220V, mentre la corrente è inferiore a 20mA.Il cicalino piezoelettrico è modellato come un condensatore, mentre il cicalino magnetico è modellato come una bobina in serie con un resistore.
Figura 2. Costruzione del cicalino piezoelettrico.
Per entrambi i tipi, la frequenza del tono udibile risultante è determinata dalla frequenza del segnale di comando e può essere controllata su un'ampia gamma.D'altra parte, mentre i cicalini piezoelettrici mostrano una relazione ragionevolmente lineare tra la potenza del segnale di ingresso e la potenza audio in uscita, la potenza audio dei cicalini magnetici diminuisce drasticamente al diminuire della potenza del segnale.
Le caratteristiche del segnale di comando disponibile possono influenzare la scelta di un cicalino magnetico o piezoelettrico per la vostra applicazione.Tuttavia, se il volume è un requisito fondamentale, i cicalini piezoelettrici possono in genere produrre un livello di pressione sonora (SPL) più elevato rispetto ai cicalini magnetici, ma tendono anche ad avere un ingombro maggiore.
Indicatore o trasduttore
La decisione se scegliere un indicatore o un tipo di trasduttore è guidata dalla gamma di suoni richiesti e dal design del circuito associato per azionare e controllare il cicalino.
Un indicatore viene fornito con un circuito di pilotaggio integrato nel dispositivo.Ciò semplifica la progettazione del circuito (figura 3), consentendo un approccio plug-and-play, in cambio di una flessibilità ridotta.Sebbene sia sufficiente applicare una tensione continua, è possibile ottenere solo un segnale audio continuo o pulsato poiché la frequenza è fissa internamente.Ciò significa che i suoni multifrequenza come sirene o campanelli non sono possibili con i cicalini di segnalazione.
Figura 3. Un cicalino indicatore produce un suono quando viene applicata una tensione CC.
Senza circuiti di pilotaggio integrati, un trasduttore offre la flessibilità necessaria per ottenere una varietà di suoni utilizzando varie frequenze o forme d'onda arbitrarie.Oltre ai suoni continui o pulsati di base, è possibile generare suoni come avvisi multitono, sirene o segnali acustici.
La Figura 4 mostra il circuito applicativo per un trasduttore magnetico.L'interruttore è tipicamente un transistor bipolare o FET e viene utilizzato per amplificare la forma d'onda di eccitazione.A causa dell'induttanza della bobina, il diodo mostrato nel diagramma è necessario per bloccare la tensione di ritorno quando il transistor viene spento rapidamente.
Figura 4. Un trasduttore magnetico richiede un segnale di eccitazione, un transistor amplificatore e un diodo per gestire la tensione di ritorno indotta.
È possibile utilizzare un circuito di eccitazione simile con un trasduttore piezoelettrico.Poiché il trasduttore piezoelettrico ha una bassa induttanza, non è necessario un diodo.Tuttavia, il circuito necessita di un mezzo per ripristinare la tensione quando l'interruttore è aperto, cosa che può essere fatta aggiungendo un resistore al posto del diodo, al costo di una maggiore dissipazione di potenza.
È anche possibile aumentare il livello sonoro aumentando la tensione picco-picco applicata al trasduttore.Se si utilizza un circuito a ponte intero come mostrato nella figura 5, la tensione applicata è doppia rispetto alla tensione di alimentazione disponibile, il che fornisce una potenza audio in uscita maggiore di circa 6 dB.
Figura 5. Utilizzando un circuito a ponte è possibile raddoppiare la tensione applicata al trasduttore piezoelettrico, fornendo 6 dB di potenza audio extra.
Conclusione
I cicalini sono semplici ed economici e le scelte sono limitate a quattro categorie fondamentali: magnetici o piezoelettrici, indicatori o trasduttori.I cicalini magnetici possono funzionare con tensioni inferiori ma richiedono correnti di pilotaggio più elevate rispetto ai tipi piezoelettrici.I cicalini piezoelettrici possono produrre un SPL più elevato ma tendono ad avere un ingombro maggiore.
È possibile utilizzare un cicalino indicatore solo con una tensione CC o scegliere un trasduttore per suoni più sofisticati se è possibile aggiungere i circuiti esterni necessari.Per fortuna, CUI Devices offre una gamma di cicalini magnetici e piezoelettrici sia nei tipi di indicatori che di trasduttori per rendere ancora più semplice la selezione di un cicalino per il tuo progetto.
Orario di pubblicazione: 12 settembre 2023
