Termostato Simples (ART1980)

Com o circuito apresentado podemos controlar elementos de aquecimento, tais como resistências ou lâmpadas, a partir de um sensor de temperatura bastante barato: um diodo comum de silício. O circuito, dado em duas versões, é sensível e tem por base um transistor de efeito de campo potência.

O circuito é dado em duas versões: um que aciona o elemento de aquecimento quando a temperatura cai abaixo de um valor pré-ajustado, e que serve como termostato.

A outra aciona o elemento quando a temperatura sobe, caso em que ele pode ser uma lâmpada indicadora.

A operação com apenas 12 V e a capacidade de controlar cargas de até 4 A permitem sua utilização automotiva.

A sensibilidade do circuito pode ser aumentada com o acréscimo de poucos componentes externos.

Na condição de repouso, quando a carga não está acionada, o consumo de corrente é extremamente baixo.

Características:

Tensão de alimentação: 12 V

Carga máxima: 4 A

Faixa de temperatura: -40 a + 125º C

O sensor do circuito é um diodo de silício comum, cuja corrente de fuga depende da temperatura.

Desta forma, polarizado no sentido inverso, este diodo apresentará uma resistência que depende quase que linearmente da temperatura absoluta.

Este diodo, na versão termostato, é ligado à base de um transistor NPN comum que forma, juntamente com P1 e R2, um divisor de tensão.

Vemos então que a tensão neste divisor depende da temperatura de tal forma que, quando a temperatura cai, esta tensão se eleva.

A tensão do divisor polariza, via R3, a comporta (g) de um transistor de efeito de campo de potência que tem por carga um elemento de aquecimento.

Atingindo o ponto de plena condução do transistor de efeito de campo (saturação), o elemento ode aquecimento l entra em ação e restabelece a temperatura do local em que está o sensor.

Na versão como indicador, o sensor forma com R1 e P1 um divisor de tensão que polariza diretamente a comporta (g) do transistor de efeito de campo de potência.

Quando a temperatura sobe a tensão no divisor também sobe, e com isso, ao ser atingido o ponto de condução do transistor a carga é alimentada.

Esta carga pode ser uma lâmpada indicadora.

A sensibilidade do circuito depende do sensor, havendo a possibilidade de se fazer sua substituição por NTCs de 10 k ohms a 1 M ohms de resistência com um potenciômetro de valor equivalente.

Também podemos empregar diodos em versões com maior sensibilidade , principalmente para detectar variações pequenas de temperatura ambiente, utilizando etapas Darlington conforme mostra a figura 1.

Figura 1 – Usando Darlington para aumentar sensibilidade

É importante, neste circuito, que os transistores usados não tenham qualquer fuga, pois se um deles tiver, por pequena que seja, ela ficará multiplicada pelo ganho do seguinte e será muitas vezes maior que a própria corrente a do sensor.

Na figura 2 damos o circuito completo da versão que é acionada pela elevação da temperatura, ou seja, o indicador de elevação de temperatura.

Figura 2 – Diagrama da versão 1

Na figura 3 temos a disposição dos componentes para esta montagem numa placa de circuito impresso.

Figura 3 – Placa de circuito impresso para a versão1

O transistor de efeito de campo pode ser substituído por equivalentes, devendo o usuário apenas observar a corrente máxima entre o dreno e a fonte admitida para cada tipo, e que pode variar entre 3 e 10 A.

Este componente deve ser dotado de um bom radiador de calor, e a carga deve ser obrigatoriamente resistiva.

Não use o circuito para acionar relés ou motores.

O sensor pode ser de qualquer diodo de silício comum.

Se houver possibilidade de encontrar o BA315 indicamos este diodo pelas suas excelentes características como sensor, mas na sua falta o 1N4148 também serve.

O cabo de ligação do sensor ao aparelho, se for longo, deve ser blindado; eventualmente, para se evitar a ação de ruídos C1 deve ser aumentado para 470 nF ou mesmo 1 uF.

O segundo circuito, de um termostato, é mostrado na figura 4.

Figura 4 – Circuito do termostato

Na figura 5 temos a disposição dos componentes numa placa de circuito impresso.

Figura 5 – Placa para o termostato

O transistor de efeito de campo, como na versão anterior, admite equivalente e deve ser dotado de um bom radiador de calor.

O transistor Q1 pode ser o BC548 ou equivalente, inclusive Darlington, para maior sensibilidade. A carga deve ser resistiva, e se for usado um cabo longo até o sensor ele deve ser blindado, com a malha ligada ao positivo da alimentação.

Lembramos que nos dois casos o sensor não deve receber umidade, pois ela causaria a diminuição da sua resistência, com um acionamento errático.

A blindagem do sensor com epóxi é uma solução para se evitar este problema. O fusível deve ser dimensionado de acordo com a carga, assim como a fonte de alimentação, para as duas versões.

A prova de funcionamento pode ser feita utilizando-se uma pequena lâmpada de 12 V como carga: ajusta-se P1 para que a lâmpada permaneça apagada ou acesa, conforme a versão, e aquecendo-se o sensor pela aproximação da ponta de um soldador deve ocorrer o acionamento do circuito, acendendo ou apagando a lâmpada, conforme o caso.

Comprovado o funcionamento, o circuito pode ser instalado de modo definitivo.

Para monitoração da temperatura do carro, o sensor é preso ao bloco do motor com epóxi e os pontos de ligação devidamente protegidos contra umidade com um isolamento reforçado, principalmente nos pontos de conexão.