Ultrassons podem ser utilizados numa infinidade de aplicações e experimentos no laboratório de física e mesmo de biologia. Descrevemos neste artigo diversos circuitos práticos capazes de produzir ultrassons com boa intensidade. Também damos algumas sugestões de experiências e aplicações para os circuitos descritos.
A faixa de ultrassons é bastante ampla indo de aproximadamente 18 kHz até mais de 1 MHz.
Evidentemente, os ultrassons acima de 50 kHz são difíceis de produzir, exigindo o emprego de transdutores especiais e equipamentos caros.
Não é nossa finalidade dar circuitos para estas frequências mais elevadas, já que de 18 kHz a 50 kHz podemos realizar muitos experimentos e até mesmo usar um tweeter piezoelétrico comum como transdutor.
Quanto aos experimentos, podemos citar os que envolvem a física para mostrar os comprimentos de onda num tubo de kundt, interferência acústica, etc.
Para os que envolvem biologia podemos citar a verificação do alcance auditivo, excitação de seres vivos, verificação de sensibilidade e até o treinamento de cães e outros animais que ouvem estas frequências mais elevadas.
Experimentos em química também podem ser realizados com o uso dos ultrassons como catalizadores de certas reações.
Os ultrassons nada mais são do que ondas sonoras, de compressão e descompressão do ar, que estão acima do limite audível nosso que está entre 15 000 e 18 000 Hz, dependendo da pessoa.
Na figura 1 temos a representação das ondas ultrassônicas.
Sugestões de Experiências
Uma aplicação interessante que envolve a montagem de dois osciladores é a que faz o estudo do fenômeno da interferência, conforme mostrado na figura 2.
Quando ondas ultrassônicas são produzidas num mesmo local, como mostra a figura, pontos de máximo e mínimo são produzidos de acordo com o fenômeno da interferência.
Na química pode-se testar a influência dos ultrassons em diversas reações para verificar em quais temos uma aceleração, indicando um efeito catalisador.
Na biologia podemos verificar o alcance auditivo de diversas pessoas, com uma calibração do circuito em termos de frequência.
Finalmente, como aplicação prática podemos usar os circuitos como espantalhos, já que muitos animais são perturbados pelos ultrassons.
Os circuitos
Nosso primeiro circuito consiste num oscilador com dois transistores capaz de excitar diretamente um pequeno tweeter piezoelétrico.
Este circuito é mostrado na figura 3, podendo ser alimentado por duas ou quatro pilhas pequenas.
A frequência pode ser ajustada no trimpot ou potenciômetro.
Com a ajuda de um osciloscópio ou frequencímetro é possível agregar ao potenciômetro uma escala de frequências.
A frequência deve ser ajustada em P1.
Usando um tweeter piezoelétrico, ajustamos P1 até que o som vá se tornando muito agudo e depois desapareça para nós.
O segundo circuito, mostrado na figura 4 utiliza um pequeno transdutor piezoelétrico.
Se bem que estes transdutores não tenham bom rendimento na faixa dos ultrassons, o circuito serve para experimentos de baixa potência.
A frequência também é ajustada em P1 e o circuito, pelo seu baixo consumo, pode ser alimentado por pilhas.
O circuito mostrado na figura 5 é basicamente igual ao anterior na parte osciladora, mas utiliza um transistor para excitar um tweeter piezoelétrico com maior potência.
O transistor deve ser dotado de um pequeno dissipador de calor e o circuito pode ser alimentado por fonte ou pilhas com tensão de 6 a 12 V.
Na figura 6 temos um circuito pára transdutor piezoelétrico com configuração em contrafase que fornece uma potência um pouco maior que o circuito da figura 4.
A frequência é ajustada em P1 e o circuito pode ser alimentado por pilhas comuns.
O circuito da figura 7 se baseia num 555 e tem um Darlington de potência na saída, fornecendo assim ultrassons de boa intensidade.
O transdutor é um tweeter piezoelétrico e a fonte de 12 V deve fornece uma corrente de pelo menos 1,5 A.
O transistor deverá ser dotado de radiador de calor.
Pela intensidade do sinal, este circuito serve para aplicações como espantalho.
O circuito da figura 8 fornece uma potência elevada de ultrassons a um tweeter piezoelétrico.
O MOSFET pode ser de qualquer tipo com corrente de pelo menos 3 A e a fonte deve fornecer pelo menos 2 A de corrente.
O próximo circuito, mostrado na figura 9 utiliza um 555 e um MOSFET de potência, apresentando excelente potência de saída.
O MOSFET deve ser dotado de radiador de calor e a fonte deve ter uma corrente de pelo menos 2 A.
O ajuste da frequência é feito em P1.
Finalmente, na figura 10 mostramos um circuito que permite modular em frequência um sinal ultrassônico.
Diversas experimentos estudos de fisiologia podem ser implementadas com o um gerador de ultrassons modulados.
Este circuito pode ser utilizado com as configurações mostradas no artigo que se baseiam em osciladores com o 4093.
Conclusão
Além das configurações mostradas. O leitor poderá encontrar no site do autor diversos projetos de geradores ultrassônicos.
Estes circuitos podem ser modificados ou então utilizados com outras configurações de modo a se obter os efeitos desejados.