Sequencial de 4 Canais com Velocidade Automática (ART1892)

Apresentamos neste artigo um excelente sistema para iluminação sequencial de quatro canais, capaz de controlar até 1600 W em lâmpadas na rede de 110 V e 3200 W na rede de 220 V. Este sistema tem ainda um recurso inédito, que é, um variador automático de velocidade que acelera e desacelera o efeito numa espécie de modulação. O circuito é simples e usa somente componentes de fabricação nacional de fácil obtenção.

Quando se fala em um sistema sequencial, se pensa apenas que, quanto maior for o número de canais melhor ele será. Na verdade, o número ideal de canais é aquele que produz o efeito sequencial com o maior número de lâmpadas acesas.

Assim, se tivermos um sistema de quatro e um de dez canais, veremos que o de quatro produz um efeito melhor e com maior intensidade luminosa. Tomando como exemplo a figura 1, numa sequência de 20 lâmpadas, vemos que, para o sistema de 10 canais, o acendimento se faz em intervalos de dez unidades, o que quer dizer que na sequência de 20 lâmpadas, em cada instante teremos apenas duas acesas. Já, para o sistema de 4 canais, como o acendimento se faz em intervalos de 4 lâmpadas, na sequência de 20 lâmpadas teremos 5 acesas, o que é uma potência luminosa duas vezes e meia maior!

Figura 1 – Efeitos de 4 e 10 canais

O circuito que apresentamos de 4 canais é ideal para animação de festas, bailes, bares, vitrinas e até mesmo como complemento para conjuntos musicais.

Você poderá alimentar desde apenas 4 lâmpadas mais potentes até uma sequência de 320 lâmpadas de 5 W cada, circulando todo um ambiente como efeito de luz.

Existem apenas dois controles de velocidade e efeito, e a monitoração do funcionamento é feita por meio de LEDs.

Características:

Tensões de alimentação: 110/ 220 V

Potência máxima por canal: 400 W (110 V) 800 W (200 V)

Número de canais: 4

Faixa de velocidade: 0,1 a 5 ciclos por segundo

COMO FUNCIONA

Na figura 2 temos a representação do nosso sistema em blocos, que devem ser analisados separadamente.

Figura 2 – Diagrama de blocos

Começamos pelo bloco gerador de pulsos, que determina a velocidade do efeito. Este bloco tem por base um integrado 555 (CI-2) que funciona como multivibrador astável, gerando pulsos numa frequência determinada ao mesmo tempo por P2, R4, R5 e C4, sendo P2 responsável pelo ajuste desta frequência.

Os pulsos de saída desta etapa são aplicados a um contador Johnson de 10 estágios, formado por um integrado CMOS do tipo 4017. Este circuito integrado possui recursos para contar até qualquer número compreendido entre 1 e 10, bastando para isso fazer uma simples programação externa. Esta programação consiste em se ligar a saída posterior a última usa da, ao reset (pino 15).

Assim, se vamos contar até quatro, como no nosso caso, ligamos a saída 5 (pino 10) ao pino de reset, que o ciclo completo de funcionamento se reduz até a quarta saída.

Temos então 4 saídas ativadas em sequência de forma que, no primeiro pulso do 555, a primeira saída do 4017 (pino 3) passa a apresentar nível lógico “1"; no segundo pulso do 555, a segunda saída é ativada e a primeira desativada. No terceiro pulso é ativada a terceira saída, desligando a anterior. Após o quarto pulso, a última saída é desativada e a primeira é novamente ligada.

LEDs ligados nestas saídas acenderão segundo esta sequência de pulsos, monitorando assim o funcionamento do aparelho.

Cada uma das saídas é ligada ao bloco de controle de potência quer tem por base SCRs do tipo TIC1O6.

Os SCRs podem controlar lâmpadas comuns conectadas diretamente à rede local.

Entre a comporta (G) e o catodo (C) de cada SCR ligamos um resistor de polarização. Na comporta temos também um segundo resistor de 1k que vaia saída correspondente do CI-3 4017.

Como os SCRs trabalham com correntes elevadas, eles deverão ser montados em radiadores de calor.

Observe no circuito que os SCRs possuem um circuito comum com a parte de baixa tensão que alimenta os integrados. Assim, tanto os catodos dos SCRs como o negativo da fonte de 12V são ligados ao mesmo ponto para fornecer retorno às correntes de acionamento do integrado. Esta conexão não significa que os integrados receberão alta tensão da rede, que é absolutamente necessária para que o circuito funcione.

Passemos agora ao bloco de velocidade automática.

Trata-se de um oscilador de baixa frequência com um transistor unijunção 2N2646 (Q1).

O capacitor C3 carrega-se lentamente através de P1 e R3, produzindo uma forma de onda como a mostrada na figura 3.

Figura 3 – Formas de onda do oscilador

Observe que temos ciclos de subida e descida de tensão determinados pelo ponto de disparo do unijunção. Uma maneira simples de verificar o funcionamento desta etapa, e observar a onda gerada, é ligar um multímetro de boa sensibilidade no emissor de Q1 (entre os pólos de C3).

A tensão em questão é aplicada à base de Q2 que então modula a frequência do 555, alterando sua velocidade de operação. O pino 5 do integrado dá acesso ao comparador, servindo justamente para este tipo de modulação.

A chave S3 permite desligar o efeito, caso queiramos um efeito controlado somente por P2.

A fonte de alimentação é obtida a partir de um transformador que abaixa a tensão da rede, retificadores, filtro e depois um integrado regulador (CI-1) que fornece os 12 V sob corrente de até 500 mA, pois não necessitamos mais que isso para este projeto.

MONTAGEM

Na figura 4 temos o diagrama completo do aparelho.

Figura 4 – Diagrama completo do aparelho

Sua montagem deve ser, obrigatoriamente, feita numa placa de circuito impresso (figura 5) que será instalada numa caixa com dimensões suficientes para que todos os componentes sejam instalados.

Figura 5 – Placa de circuito impresso para a montagem

Observe que as trilhas por onde passam as correntes principais dos SCRs devem ser mais grossas. Estas correntes são intensas de modo que, trilhas finas poderiam não suportá-las, com o consequente rompimento.

Os SCRs devem ser montados em bons radiadores de calor. Para operação com potências extremas é até conveniente que os SCRs fiquem fora da caixa (em radiadores), como por exemplo na tampa posterior da mesma.

No painel temos os controles, chaves e os LEDs de monitoria de funcionamento.

Os resistores são todos de 1/8 ou ¼ W com 5 ou 10% de tolerância. Os eletrolíticos são todos para 16 V, exceto Cl que deve ser para 25 V ou mais. Os potenciômetros P1 e P2 são lineares ou log.

A chave S1 não deve ser conjugada ao potenciômetro de velocidade. Dê preferência a um tipo robusto com capacidade para pelo menos 6A, pois esta será a ordem de grandeza da corrente máxima conduzida.

CI-1 deve também ser dotado de um pequeno radiador de calor.

Para o transistor 2N2646 (Q1) não temos equivalentes; mas para Q2 podemos, em princípio, usar qualquer NPN de uso geral.

Na figura 6 temos a disposição dos terminais dos principais componentes usados nesta montagem.

Figura 6 – Pinagem dos componentes usados

Sugerimos que os integrados CI-2 e CI-3 sejam montados em soquetes DIL, para que seja evitado o problema de aquecimento na soldagem e a eventual troca seja facilitada.

Os SCRs originais são os TIC106-B se a tensão for de 110 V e TIC106-D se a tensão for de 220 V.

No entanto, equivalentes de 200 V para a rede de 110 V, como o MCR106-4 ou IR-106 podem ser usados. Para 220 V temos o MCR106-6.

Obs. Atualmente estes SCRs não são mais encontrados.

Para a conexão externa das lâmpadas temos duas possibilidades. A utilização de tomadas comuns (TM-l a TM-4) ou então conectores para circuito impresso com parafusos (numerados de 1 a 8).

O transformador T1 deve ter enrolamento primário de 110/220 V e secundário de 12+ 12 V com pelo menos 500 mA de corrente.

PROVA E USO

Para o teste do sequencial, basta colocar um fusível de 6 a 10 A no suporte e ligar nas saídas lâmpadas comuns de 5 a 40 W, conforme a figura 7. Os fios de ligação das lâmpadas ao aparelho podem ser longos com até 20 m de comprimento.

Figura 7 – Circuito de teste

Selecione a tensão da rede local em S2 e depois abra S3, deixando assim a velocidade automática desligada. Acionando S1 e ajustando P2, as lâmpadas devem acender em sequência assim como os LEDs de monitoria.

Se algum LED e a sua lâmpada correspondente não acenderem, devemos suspeitar do integrado. Se o LED acender mas a lâmpada correspondente não acender ou permanecer acesa, devemos suspeitar do SCR.

Se não houver o efeito sequencial, verifique o integrado 555, cuja oscilação pode ser verificada com a simples ligação de um LED em série com um resistor de 1 k na saída (pino 3 do CI-2) ao terra do circuito.

Falta de oscilação indica problemas com CI-2, mas a presença de oscilação sem o acendimento sequencial dos LEDs indica problemas com CI-3.

Comprovado o funcionamento deste setor, acione o interruptor S3 e ajuste P1.

Devem ocorrer variações automáticas na frequência de acendimento dos LEDs.

A presença de oscilação no circuito de Q1 pode ser comprovada com a ligação de um multímetro na escala de tensões DC até 6V no emissor de Q1 (entre os pólos de C3).

Uma vez em funcionamento, é só pensar em fazer a instalação. Na figura 8 temos o modo de se fazer a ligação de 8 lâmpadas.

Figura 8 – Ligações para 8 lâmpadas