Col termine

I TRASDUTTORI

Col termine "Trasduttori" si indicano quei componenti che trasformano i segnali non elettrici in segnali elettrici, o viceversa. Si tratta di una categoria molto importante: infatti è proprio grazie ad essi che l'elettronica riesce a fare ben più che una semplice (e di per sé inutile) manipolazione di segnali elettrici. Il numero dei trasduttori è molto ampio, in questa pagina descriverò alcuni esempi, scelti fra i più importanti.

Iniziamo con i trasduttori che trasformano fenomeni non elettrici in segnali elettrici. In questa categoria possiamo anzitutto includere quei dispositivi che consentono a un operatore di trasformare in segnali elettrici i comandi che vuole impartire ad una macchina: interruttori, tastiere, comandi rotanti o a leva che agiscono su resistori variabili, ecc... Gli altri trasduttori possono essere classificati in base alla grandezza in ingresso.
Temperatura. Per trasformare una temperatura in segnale elettrico si usano sopratutto particolari resistori o diodi, le cui caratteristiche di condizioni variano con la temperatura.
Luce. I componenti che trasformano un segnale luminoso in una grandezza elettrica sono sopratutto dispositivi che sfruttano l'effetto fotoconduttore, cioè la diminuzione di resistenza che la luce induce in particolari resistori, detti fotoresistori o in diodi a semiconduttore, detti fotodiodi. I primi, sensibili ed economici, sono impiegati dove sia sufficiente una risposta relativamente lenta; i secondi sono invece usati dove la velocità di risposta è essenziale, ad esempio come rivelatori per comunicazioni ottiche. Non dobbiamo poi dimenticare che particolati e complessi trasduttori di questo tipo sono anche le telecamere di ripresa televisiva.

Esempi di fotoresistenze. Si distinuono gli elettrodi metallici, a pettine tra i quali è interposto il materiale fotoconduttore.
Onde sonore e vibrazioni.I trasduttori che trasformano in segnali elettrici le onde sonore (ad esempio i microfoni) o le vibrazioni (ad esempio le testine per giradischi), sono concettualmente simili tra loro, in quanto le onde sonore vengono sempre rivelate attraverso le vibrazioni che esse inducono su una membrana. Gli effetti fruttati da tali dispositivi sono principalmente quello elettromagnetico e quello piezzoelettrico.
- Nei trasduttori che usano l'effetto elettromagnetico, le vibrazioni fanno muovere una piccola bobina di filo conduttore nel campo di un magnete permanente, oppure inducono variazioni nel campo magnetico che investe una bobina fissa (figura a).
- L'effetto piezzoelettrico è tipico di alcun imateriali cristallini, come il quarzo, o ceramici, e consiste nella comparsa di un segnale elettrico sulle facce di una piastrina di materiale che venga compressa o piegata. La figura b mostra come esempio, una testina fonografica che usa un cristallo piezzoelettrico. È da notare che l'effetto piezoelettrico è reversibile, nel senso che l'applicazione di una tensione elettrica al cristallo provoca il suo movimento.
Figura a: Struttura semplificata di un microfono a bobina mobile (per semplicità non sono mostrati i collegamenti tra la bobina mobile e i terminali di uscita).

Figura b: Testina fonografica (monofonica) a cristallo piezoelettrico.
Veniamo ora alla categoria dei trasduttori che passano dal mondo elettrico a quello non elettrico. Anche in questo caso possiamo fare una brevissima rassegna dei dispositivi più importanti, raggruppandoli in base alla grandezza in cui trasformano il segnale elettrico.
Onde sonore. I componenti principali di questa famiglia sono gli auricolari e gli altoparlanti. Entrambi sono costruiti da un organo "motore" che mette in vibrazione una membrana, tanto più grande quanto più elevata deve essere l'energia sonora emessa. Anche in questo caso gli effetti più sfruttati per ottenere il movimento sono quello elettromagnetico e quello piezzoelettrico. Il primo, in particolare, è quello usato dalla maggior parte degli altoparlante, che sono realizzati ponendo all'estremità di una membrana a forma di cono una piccola bobina di filo, immersa nel campo di un magnete permanente.
Indicazioni luminose o visive.È questa una categoria di trasduttori molto importante per il colloquio uomo-macchina, e che va dai più semplici indicatori ai più complessi pannelli con caratteri alfabetici e numerici. Citiamo innanzitutto gli indicatori a LED (abbreviazione del termine inglese Light Emitting Diodes, cioè "diodi emettitori di luce"). Come indica il loro stesso nome, questi dispositivi sono dei diodi a semiconduttore che, quando vengono percorsi dalla corrente, emettono luce. Sono oggi disponibili LED di diverse dimensioni e colori, singoli o raggruppati a costruire indicatori per numeri o caratteri alfabetici. Un'altra importante categoria di indicatori visivi si basa sui "cristalli liquidi": particolari sostanze che, all'ordinaria temperatura ambiente, sono in uno stato intermedio tra il liquido e il solido. Influenzando, per mezzo di un campo elettrico, l'orientamento delle molecole di tali sostanze, si possono variare le loro proprietà ottiche: inserite in opportune strutture, esse sono perciò adatte a realizzare visori comandati da segnali elettrici. Per concludere il discorso sugli indicatori visivi, ricordiamo infine i tubi catodici ed i cinescopi il cui funzionamento è basato sull'emissione da parte di un catodo riscaladto, di un fascio di elettroni. Questo fascio, la cui intensità è controllabile con un segnale elettronico, viene diretto su uno schermo rivestito di materiali, detti fosfori, che, ivestiti dal fascio elettronico, emettono luce. Agendo mediante campi magnetici od elettrici si può far variare il punto d'incontro del fascio sullo schermo, creando così complesse figure. I tubi a raggi catodici e i cinescopi sono oggi usati nei televisori, nei terminali per calcolatori, e negli oscilloscopi, strumenti che consentono di visualizzare graficamente l'andamento nel tempo di una tensione o di una corrente.

A sinistra: Struttura schematica di un altoparlante (per semplicità non sono mostrati i collegamenti che dalla bobina mobile portano ai due terminali d'ingresso). A destra: struttura di un visore a cristallo liquido. Quando tra gli elettrodi viene applicato un opportuno segnale elettrico, l'insieme composto dai due polarizzatori e dallo strato di cristallo non lascia più passare la luce. Il segmento attivato appare perciò nero.

I cirquiti stampati sono formati da sottili piste metalliche, realizzate con tecniche fotolitografiche su un materiale di base (normalmente vetroresina), e servono per connettere i diversi componenti elettronici. Nelle apparechiature più complesse si usano cirquiti stampati "multistrato", in qui le piste corrono non solo sulle due facce della piastra, ma anche tra i diversi strati di materiale di qui essa è composta.