Pernah dengar tentang piezoelektrik? Jika belum tahu, awalnya piezoelektrik adalah sebutan untuk efek yang mengacu pada peristiwa dimana sebuah material dapat menghasilkan muatan listrik ketika menerima tekanan. Efek ini kemudian dimanfaatkan untuk membuat sebuah komponen yang sering digunakan saat ini, tidak lain ialah piezoelektrik.
Sensor piezoelektrik paling mudah kamu temukan di perangkat buzzer seperti bel listrik. Nah mari kita bahas tentang komponen ini dari mulai pengertian, cara kerja dan lainnya.
Pengertian Piezoelektrik
Seperti sudah disinggung tadi, sensor piezoelektrik adalah komponen elektronika yang memanfaatkan efek piezoelektrik untuk mengubah energi mekanik berupa tekanan menjadi energi listrik.
Sensor ini juga sering dimanfaatkan untuk mengubah energi listrik menjadi getaran suara (bunyi) yang kemudian disebut dengan piezoelektrik buzzer.
Piezoelektrik sendiri merupakan sistem yang terdiri dari bahan tertentu, seperti Barium titanat dan beberapa jenis keramik yang dapat menghasilkan tegangan listrik saat diberi tekanan atau kekuatan mekanik pada kedua bidangnya.
Efek piezoelektrik cukup unik, karena material tadi dapat bergetar dan menghasilkan bunyi ketika diberikan tegangan listrik. Namun ketika diberikan tekanan tertentu, material tersebut akan menghasilkan tegangan listrik.
Prinsip Kerja Piezoelektrik
Seperti dijelaskan sebelumnya, piezoelektrik berasal dari efek piezoelektrik pada bahan atau material tertentu. Struktur sensor piezoelektrik sendiri terdiri dari bahan piezoelektrik dengan diapit oleh 2 lempeng besi. Di mana di antara lempeng tersebut akan menciptakan dipole yang terinduksi molekul dari berbagai struktur kristal tergantung bahan yang digunakan.
Ketika sebuah piezoelektrik diberikan tekanan, maka bidang piezo akan menghasilkan gaya listrik sehingga akan menghasilkan tegangan listrik pada kedua bagian tersebut sesuai dengan besarnya tekanan yang diberikan. Hal ini terjadi karena adanya perubahan dimensi bahan piezoelektrik.
Namun uniknya, ketika piezoelektrik diberikan arus listrik dengan sinyal tertentu, komponen tersebut dapat menghasilkan frekuensi nada (beep tone) sesuai dengan sinyal yang diberikan. Biasanya, untuk memperkuat sinyal yang diberikan. Untuk menghasilkan sinyal ini diperlukan sebuah driver berupa transistor.
Piezoelektrik seperti inilah yang disebut piezoelektrik buzzer. Umumnya piezoelektrik buzzer yang banyak beredar di pasaran sudah dilengkapi driver didalamnya. Sehingga sudah siap pakai, kamu hanya tinggal mengalirkan arus dan buzzer pun akan menghasilkan bunyi.
Jadi jika dijelaskan secara sederhana, cara kerja piezoelektrik adalah ketika dialiri listrik pada bidang akan menciptakan gerakan mekanis berupa getaran suara. Sebaliknya, ketika bidang piezo diberi tekanan, seperti di pencet atau diketuk misalnya, maka tekanan atau energi mekanik yang diberikan tersebut akan diubah menjadi energi listrik.
Baca juga: Cara Membuat Piezolektrik Sederhana
Kelebihan dan Kekurangan Piezoelektrik
Seperti yang kita tahu, setiap alat elektronika memang memiliki kelebihan dan kekurangan berupa keterbatasan-keterbatasan tertentu. Tak terkecuali sensor piezoelektrik, berikut beberapa kelebihan dan kekurangan dari penggunaan piezoelektrik:
Kelebihan Piezoelektrik
- Frekuensi operasional yang tinggi. Piezoelektrik dapat bekerja di frekuensi tinggi, bahkan komponen ini dapat merespon frekuensi audio 20kHz dengan sangat baik.
- Respon transien yang tinggi. Output yang dihasilkan piezoelektrik linear dan ideal untuk sebuah komponen transduser sehingga dapat mendeteksi hingga mikrodetik.
- Konsumsi daya rendah. Pada umumnya, piezoelektrik dapat mengeluarkan output yang tinggi dengan konsumsi daya yang rendah.
- Ukuran yang kecil. Ukuran juga jadi kelebihan dari komponen piezoelektrik, ukurannya yang kecil sebagai sebuah transduser menjadikannya cocok digunakan untuk perangkat-perangkat kecil.
Kekurangan Piezoelektrik
- Sinyal output relatif rendah. Sinyal output yang dihasilkan komponen piezoelektrik transduser relatif rendah, alhasil sering ditambahkan pre-amp untuk membuat sinyal keluaran bisa lebih tinggi agar sesuai dengan yang dibutuhkan untuk men-drive sinyal ke rangkaian berikutnya.
- Impedansi piezoelektrik tinggi. Sebetulnya ini tidak sepenuhnya bisa disebut kelemahan. Namun kondisi ini mengharuskanmu untuk menambahkan rangkaian untuk membuat impedansi dari piezoelektrik sesuai, baik ketika komponen tersebut digunakan sebagai output (buzzer) atau sebagai input.
Aplikasi Piezoelektrik
Kegunaannya cukup banyak, terutama untuk diaplikasikan di perangkat atau rangkaian elektronika yang mengeluarkan bunyi nada (tone). Di antara pengaplikasiannya yang paling sering ditemukan adalah pada peralatan medis, alat ukur elektronika seperti multimeter dan osiloskop, bel rumah, alarm dan juga pada beberapa jam tangan.
1. Sebagai Output (Buzzer)
Penggunaan piezoelektrik buzzer pada perangkat yang menghasilkan nada bunyi “beep” beserta variasinya akan lebih efisien dibandingkan menggunakan loudspeaker pada umumnya. Selain karena ukurannya yang menjadi sangat kecil, juga daya output audio yang dibutuhkan tidak besar, sehingga mengehemat konsumsi baterai.
Namun seiring dengan perkembangan teknologi, loudspeaker juga semakin berkembang dan mulai banyak digunakan pada perangkat-perangkat kecil, meskipun konsumsi baterai dari buzzer tetap jauh lebih hemat.
Pada umumnya piezoelektrik yang berfungsi sebagai buzzer dapat menghasilkan nada dengan frekuensi audio antara 1 kHz hingga 20 kHz, bahkan piezoelektrik dapat menjangkau frekuensi hingga 50 kHz. Sedangkan untuk tegangan rata-rata yang dibutuhkan adalah 3 Volt hingga 12 Volt dengan arus dibawah 50 mA.
2. Sebagai Input (Sensor)
Selain digunakan sebagai output (buzzer) yang menghasilkan suara keluar, piezoelektrik juga dapat digunakan sebagai input. Sifatnya yang menghasilkan sinyal listrik ketika diberi tekanan, membuat komponen ini sering digunakan untuk sensor yang mendeteksi tekanan.
Sehingga sering kali diaplikasikan untuk sensor drum elektrik, sistem pendeteksi gelombang sonar dan alat ukur elektronik, seperti multimeter atau osiloskop dan lain-lain.
Nah itulah beberapa informasi terkait piezoelektrik. Kamu bisa manfaatkan komponen elektronika satu ini dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan, baik input maupun output.
