¿Qué son los Controladores Piezoeléctricos?
Un controlador piezoeléctrico es un dispositivo que se encarga de la alimentación y estabilidad de un elemento piezoeléctrico. Los elementos piezoeléctricos por su parte, son capaces de convertir desplazamientos mecánicos en valores de tensión, y viceversa, utilizando los efectos piezoeléctricos y piezoeléctrico inverso. Estos elementos permiten lograr un control muy preciso de submicras de alta velocidad, especialmente cuando se utiliza para convertir movimientos mecánicos en valores de tensión
Los controladores piezoeléctricos son fundamentales para controlar movimientos precisos con elementos piezoeléctricos.
Usos de los Controladores Piezoeléctricos
Los controladores piezoeléctricos son ampliamente utilizadas en situaciones en las que se requiere un control de movimiento preciso, como microscopios y máquinas de precisión en las que se utiliza un posicionamiento minucioso. En aplicaciones de microscopía óptica, los controladores piezoeléctricos pueden utilizarse para controlar etapas X-Y y lentes objetivos, logrando un posicionamiento rápido y preciso. Esto es muy adecuado, por ejemplo, para la obtención de imágenes tridimensionales a alta velocidad de fenómenos dinámicos en células vivas.
Los controladores piezoeléctricos también se utilizan a menudo en máquinas-herramientas, como tornos, para trabajos de precisión en los que se requiere una exactitud submicrónica.
La eficiencia de los controladores piezoeléctricos, es crucial para asegurar el máximo rendimiento del dispositivo que utiliza el elemento piezoeléctrico.
Principio de los Controladores Piezoeléctricos
El principio de funcionamiento de los controladores piezoeléctricos se basa en el control de un elemento piezoeléctrico mediante una fuente de alimentación y una función de circuito de control. La fuente de alimentación se encarga de proporcionar la energía necesaria para accionar el elemento piezoeléctrico, mientras que la función de circuito de control se encarga de manejar con precisión los efectos piezoeléctricos y piezoeléctricos inversos.
El elemento piezoeléctrico se comporta como un condensador. Por lo tanto, la fuente de alimentación que lo acciona (que se encuentra al lado de los controladores piezoeléctricos) debe tener las características de una fuente de alimentación de tipo amplificador que pueda absorber y descargar la corriente de salida a medida que se carga y descarga el condensador.
Los dispositivos piezoeléctricos son extremadamente sensibles a pequeños cambios de tensión, lo que significa que cualquier cambio en el circuito puede activar o desactivar el elemento piezoeléctrico incluso cuando no se está realizando ninguna acción. Esto se debe a que, en el estado estacionario sin entrada, la tensión eléctrica en el circuito puede fluctuar debido a los componentes de ruido.
Al fin de garantizar la estabilidad en la fuente de alimentación, los controladores piezoeléctricos requieren una tension estable. Para lograr esto, se incorpora un regulador shunt u otros dispositivo similar que controle la tensión aplicada al elemento piezoeléctrico y proporcione una realimentación constante.
Esta medida ayuda a minimizar los fallos de funcionamiento y el ruido, lo que permite suministrar corrientes estables y suficientes para cargar el elemento piezoeléctrico y completar el proceso en cuestion de microsegundos, esto en respuesta a un aumento repentino en la tensión de control como entrada.
Más información sobre los Controladores Piezoeléctricos
1. Controladores Piezoeléctricos con Control PWM
La creciente preocupación por la conservación de la energía, alineada con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), promueve la aplicación de la técnica de control de modulación por ancho de pulsos (PWM) en los amplificadores de audio con el fin de mejorar su eficiencia. Algunos fabricantes también están utilizando esta técnica para elementos piezoeléctricos.
A través del desarrollo de amplificadores controlados por PWM de alta tensión y baja corriente específicamente para los elementos piezoeléctricos, se ha logrado controladores piezoeléctricos compactos y altamente eficientes. A diferencia de los amplificadores de audio tradicionales, estos amplificadores ofrecen características únicas para adaptarse a las necesidades de los elementos piezoeléctricos.
2. Aplicaciones en Auriculares y Altavoces
Los elementos piezoeléctricos han sido utilizados en el campo de la acústica desde hace algún tiempo, principalmente en altavoces piezoeléctricos y similares, no obstante, la calidad del audio producido puede presentar distorsiones. Por otro lado, los aurriculares de alta gama utilizan controladores piezoeléctricos, lo cual permite que en lugar de aplicar la señal de audio directamnete, se aplique una tensión a los controladores piezoeléctricos que, a su vez, aplican la tensión al elemento piezoeléctrico. Por ejemplo, al generar una señal musical a controladores piezoeléctricos en forma de voltaje, el diafragma vibra generando audios de alta resolución y mayor precision.
La ventaja de utilizar un controlador piezoeléctrico en los auriculares es que no hay un proceso de conversión de la señal, como ocurre con los de tipo dinámico, en los que se utiliza una bobina para convertir la señal musical en fuerza magnética para hacer vibrar el diafragma. Además, como los controladores piezoeléctricos hacen vibrar directamente el diafragma, pueden reproducir con precisión frecuencias ultra altas, por lo tanto, son ideales para reproducir fuentes de sonido de alta resolución.
Para aprovechar las ventajas de los auriculares con controladores piezoeléctricos, es necesario utilizar controladores de gama alta, productos que suelen ser costosos. El mecanismo que utilizan los altavoces piezoeléctricos es prácticamente el mismo que el de los auriculares piezoeléctricos, aunque los altavoces piezoeléctricos suelen tener una estructura muy fina y flexible que les permite vibrar diversos objetos para producir sonido.
Además los altavoces piezoeléctricos más recientes tienen una gama sonora o rango de frecuencia más amplia que los modelos anteriores, incluyendo una mejor capacidad para reproducir sonidos de baja frecuencia, que solía ser un punto débil. Esto los hace adecuados para televisores LCD, que hoy en día suelen tener un chasis muy delgado en el que no se pueden instalar altavoces convencionales. Los altavoces piezoeléctricos delgados, de tipo película, son ideales para estos televisores y se espera que en el futuro ofrezcan una calidad de sonido aun mayor.