Strobo Lux (ART2722)

Este artigo é de 1979, mas descreve um projeto que pode ser montado ainda hoje com certa facilidade. Trata-se de uma potente luz estroboscópica com lâmpada de xenônio que pode ser usada em festas, decoração e sinalização.

As lâmpadas usadas nos sistemas estroboscópicos de discotecas, semelhantes as encontradas nos flashes de máquinas fotográficas são lâmpadas de xenônio, um gás nobre que permite a obtenção de pulsos luminosos de grande intensidade e curta duração.

Até há pouco tempo em vista dos custo elevado dessas lâmpadas e mesmo da dificuldade em ser encontrada, a montagem da luz estroboscópica de xenônio não estava ao alcance de qualquer um. Agora as coisas mudam: as lâmpadas de xenônio podem ser encontradas com certa facilidade nas casas de material eletrônico e a um custo relativamente baixo (1979), (fig. 1).

Figura 1 – lâmpada de xenônio

Um dos pontos visados neste projeto, além de seu baixo custo, é a sua simplicidade e não necessidade de qualquer ajuste o que torna-o acessível a todas as categorias de montadores.

A instalação dessa luz estroboscópica em sua casa é também das mais simples, pois basta ligá-la a qualquer tomada, havendo inclusive duas versões possíveis: uma para 110 V e outra para 220 V.

O leitor poderá usar esta luz estroboscópica com diversas finalidades:

- Animação de festas e bailes quando os pulsos produzidos serão de frequência entre 1 e 10 Hz (1 à 10 pulsos por segundo), conseguindo com isso o efeito do movimento aparente das pessoas ser interrompido.

- Decoração de vitrines de lojas ou decoração de presépios quando os flashes devem ser ajustados para um intervalo mais longo como por exemplo um cada dois segundos ou mesmo um a cada 5 segundos.

- Sinalização quando os flashes luminosos poderão ser vistos a grandes distâncias.

A montagem deste aparelho, conforme o leitor verá é bastante simples não apresentando qualquer tipo de problema, Basta seguir as instruções e o funcionamento será perfeito.

O CIRCUITO

Como sempre fazemos, de modo que os leitores que procuram sempre saber o que estão fazendo, e com isso melhorar sempre seus conhecimentos de eletrônica, damos explicações pormenorizadas do princípio de funcionamento deste aparelho.

A base do projeto é uma lâmpada de xenônio.

“Xenos" é uma palavra que vem do grego significando “estranho". De fato, xenônio foi o nome dado a um estranho gás nobre que é usado para fabricar esta lâmpada.

Quando submetido a uma diferença de potencial elevada no interior de um tubo de vidro, o xenônio se ioniza passando a conduzir intensamente a corrente e ao mesmo tempo produzindo um pulso de luz de grande intensidade. (figura 2).

Figura 2 – O circuito de disparo

Normalmente nos projetos comuns de luzes estroboscópicas com lâmpadas de xenônio, um capacitor de valor relativamente alto se descarrega através da lâmpada quando esta é disparada por um pulso de alta tensão. A intensidade da corrente de descarga pela lâmpada no momento de disparo atinge valores muito altos, da ordem de até mais de 200 ampères, se bem que a intensidade do pulso luminoso esteja limitada pela sua duração.

A carga do capacitor determinará a duração do pulso e portanto a intensidade do pulso luminoso o qual pode variar de alguns milijoules (mj) até algumas centenas de milijoules. No projeto deve-se tomar o máximo cuidado para não se superar os limites de potência da lâmpada em relação a este pulso pois pelo contrário ela pode danificar-se permanentemente.

Para obter-se um perfeito funcionamento do circuito temos duas preocupações que são representadas no diagrama de blocos da figura 3.

Figura 3 – Diagrama de blocos

Temos de nos preocupar com o circuito de potência em que um capacitor deve ser carregado com uma tensão da ordem de 200 V ou mais o qual se descarregará através da lâmpada produzindo o pulso luminoso,e temos o circuito de disparo que deve produzir um pulso de tensão muito alta necessária ao disparo da lâmpada.

Esse pulso de tensão deve ser de pelo menos 1 000 V para que a lâmpada possa operar normalmente.

Vejamos então como isso pode ser feito na prática:

O circuito de carga do capacitor usado neste circuito e bastante simples.

Para a versão de 110 V usamos um transformador comum como autotransformador de modo a termos uma tensão de. 220 V em um de seus terminais, a qual uma vez retificada por um diodo e limitada em sua intensidade por um resistor pode carregar o capacitor. (figura 4)

Figura 4 – usando um auto-transformador

Uma outra opção que elimina a necessidade de se usar o transformador está na utilização de um dobrador de tensão que aparece na figura 5.

Figura 5 – Usando um dobrador

Em funcionamento a tensão no capacitor variará de 200 V à 400 V conforme a frequência de operação.

No caso da rede de 220 V como na retificação já se obtém uma tensão de valor suficiente para carga do capacitor, não é necessário usar o transformador. Este componente pode ser então eliminado sendo feita a retificação direta, conforme mostra a figura 6.

Figura 6 – Retificação direta para 220/240 V

O circuito seguinte a ser analisado é o correspondente ao disparo da lâmpada.

Para esta finalidade é usado um oscilador de relaxação com lâmpada neon o qual dispara por sua vez um SCR (diodo controlado de silício).

Na figura 7 temos o diagrama básico do circuito de disparo por onde podemos analisar o seu funcionamento.

Figura 7 – Circuito de disparo

Neste circuito o capacitor C2 se carrega lentamente através do resistor R3 e do resistor R2 de modo que a tensão entre suas armaduras cresce lentamente a partir do momento em que o mesmo é ligado.

A lâmpada neon é ligada em paralelo com o capacitor, já que no caso a presença do transformador em série com o capacitor não representa obstáculo para a corrente.

A lâmpada neon ioniza quando a tensão no capacitor chega a um valor em torno de 80 V. Neste momento, com a sua ionização um pulso de disparo é produzido, aparecendo na comporta do SCR que até então se encontrava no seu estado de não condução.

Com o disparo do SCR este praticamente curtocircuita o capacitor através do enrolamento primário do transformador T2, ocorrendo então a descarga do capacitor.

A corrente de descarga pelo primário do transformador induz em seu secundário um pulso de tensão muito alto o qual aplicado a lâmpada de xenônio provoca o seu disparo.

Com o disparo da lâmpada de xenônio descarrega-se também o capacitor eletrolítico C1 de alto valor.

A velocidade com que os pulsos de carga e descarga de C2 e, portanto, os pulsos de disparo são produzidos depende da resistência apresentada por R2 e R3 e pelo valor de C2. Como C2 e fixo, variamos a frequência do circuito em R3 que é um potenciômetro.

Com os valores usados para R2 e R3 temos uma variação de frequência na relação de 10 para 1 o que corresponde a produção de até 5 pulsos por segundo na maior frequência e de 1 pulso a cada 2 segundos na menor frequência. Observamos que o leitor pode alterar o valor de R3 para mais se quiser uma frequência menor.

MONTAGEM

O leitor pode realizar a montagem em ponte de terminais, mas a montagem em placa de circuito impresso permite maior facilidade para instalação definitiva na caixa.

Para a confecção da placa o leitor deve dispor dos recursos normais ou seja, letras e símbolos autoadesivos ou caneta especial, furadeira banheira e percloreto.

O circuito completo para as versões de 110 e 220 V é mostrado na figura 8.

 

Figura 8 – Circuito completo

Observe que na versão de 220 V basta omitir o transformador que não será necessário.

Para o caso de se usar o dobrador ou triplicador de tensão, eliminando-se assim a necessidade do transformador, modificações devem ser feitas na placa de circuito impresso.

A montagem em ponte de terminais é mostrada na figura 9.

Figura 9 – Montagem em ponte de terminais

Observe que a fixação da ponte em uma caixa deve ser feita com cuidado para que nenhuma ligação encoste na mesma, principalmente se for metálica.

A montagem em placa de circuito impresso é mostrada na figura 10.

Figura 10 – Placa para a montagem

Na escolha dos componentes e na sua instalação devem ser observados os seguintes cuidados:

1. 0 transformador de entrada T1 é do tipo com primário para 110 V e 220 V o qual será usado como autotransformador. Isso significa que praticamente qualquer transformador com primário para 110 e 220 V e secundário de 6, 9 ou 12 V, com corrente acima de 600 mA pode ser utilizado já que o secundário permanecerá desligado.

Quando os pontos de ligação (0, 110 e 220 V) não estiverem marcados no próprio corpo do transformador a identificação é feita pelas cores dos fios:

0 - preto 110 - marrom 220-vermelho o transformador será fixado na própria placa de circuito impresso por meio de dois parafusos com porca. Se a montagem for feita na ponte de terminais, o transformador deve ser fixado na caixa.

2. Os diodos D1 e D2 são do tipo 1N4004, 1N4007 ou BY127. Na utilização de qualquer um dos citados acima deve ser observada sua polaridade. Para os dois primeiros o catodo corresponde ao anel pintado no corpo do componente, e no terceiro caso a posição é dada pelo símbolo pintado no próprio componente.

3. O resistor R1 deve ter uma dissipação de pelo menos 7 W. É usado no caso um resistor de fio que operará em temperatura relativamente elevada, principalmente se o ritmo das pulsações for maior. Este componente não tem polaridade para ser ligado, devendo-se apenas tomar a precaução de fazer sua montagem afastada da placa 1 ou 2 mm para facilitar a ventilação. O valor deste resistor depende de certo modo do valor do capacitor C1 devendo ter aproximadamente 470 ohms se o capacitor for de 16uF e aproximadamente 270 ohms se o capacitor for de 50 uF. Seu valor deve ser obtido experimentalmente se o leitor pretender modificar o regime de pulsos da lâmpada.

4. O capacitor C1 pode ser de 16 uF a 50 uF para uma tensão de pelo menos 450 V. Este componente tem polaridade certa para ser ligado já que houver sua inversão o mesmo sofrer dano e isso de forma algo violenta.

5. Os resistores R2 e R4 são de 1/4 ou 1/8 W com tolerância de 10% ou 20%. Os seus valores são dados pelos anéis coloridos. Não os troque, pois o aparelho pode não funcionar. Estes componentes não tem posição certa para ligação em relação a polaridade, mas evite o excesso de calor na soldagem que pode danificá-los.

6. O potenciômetro R3 e de 1 M, mas o leitor pode também usar potenciômetros maiores (2, 2 ou 4,7 M), se quiser maiores intervalos entre as piscadas das lâmpadas. Podem ser usados potenciômetros, lineares ou log com chave, a qual será usada para ligar e desligar o aparelho. Na ligação deste componente faça com que a frequência das piscadas aumente quando girarmos o eixo para a esquerda.

7. O SCR é do tipo C106, MCR106, IR106 ou TIC106 para 200 V. Este componente não precisa ser montado em irradiador de calor, mas a sua posição é importante. A tensão de 200 V especificada para este componente é suficiente já que o mesmo Operará com um valor bem menor. Na sua soldagem evite o excesso de calor.

8. A lâmpada neon usada no circuito de disparo pode ser de qualquer tipo. Deve apenas ser evitado o tipo de rosca que já possui uma resistência interna em série com a mesma que impediria seu funcionamento normal neste circuito. A lâmpada neon não tem polaridade certa para ser ligada.

9. O capacitor C2 pode ser de poliéster metalizado ou de outro tipo, devendo apenas ser evitado o uso de capacitor eletrolítico que não serve. A tensão de isolamento deste capacitor pode ser de 250 V ou mais, não sendo o mesmo crítico. Não há polaridade para a ligação deste componente também.

10. Um componente algo crítico nesta montagem é o transformador de pulso. Este transformador utilizado no disparo de lâmpadas de xenônio pode em geral ser comprado nas mesmas lojas que vendem as lâmpadas. Trata-se de um pequeno transformador enrolado num núcleo de ferrite em que o primário consta de algumas espiras de fio esmaltado mais grosso e o secundário de alta tensão de muitas espiras de fio fino. A identificação dos enrolamentos pode ser feita de dois modos: pelo vendedor que já saberá informar quais os terminais correspondentes ao primário (1 e 2 no diagrama) e quais os terminais que correspondem ao secundário (3 e 4), ou então experimentalmente com o ohmímetro (multímetro na escala menor de resistência). A resistência do primário é praticamente nula enquanto que a resistência do secundário é da ordem de algumas dezenas de ohms. Observe que normalmente o terminal de terra dos dois enrolamentos por serem ligados juntos podem estar no mesmo terminal da bobina. Na figura 11 temos o aspecto e a disposição dos terminais para a bobina usada no protótipo.

Figura 11 – O transformador de disparo

Para os leitores que quiserem enrolar esta bobina suas características são: primário - 20 espiras de fio esmaltado 30; secundário - 500 à 1000 espiras de fio esmaltado 42 ou 44.

11. A lâmpada de xenônio pode ser do tipo mais comum que dispara com tensões da ordem de 1 kV e que precisa entre seus terminais para o flash de tensões entre 200 e 500 V.

12. A montagem da lâmpada deve ser feita de tal modo que o pulso luminoso possa ser facilmente dirigido para a direção desejada, O leitor pode no caso usar um refletor. O refletor recomendado para esta luz estroboscópica pode ser aproveitado de um farol de automóvel ou lanterna. Na adaptação deste dispositivo deve-se tomar cuidado para não haver contacto elétrico dos terminais da lâmpada com o mesmo, o que causaria curto-circuito. A lâmpada pode ser montada tanto em posição paralela ou perpendicular ao eixo do refletor.

Figura 12 – O protótipo

13. Deve-se evitar que a lâmpada seja instalada longe do aparelho, e se isso não poder ser feito, na ligação do fio de alta tensão do terminal 3 do transformador de pulso deve-se tomar todas as precauções contra choques acidentais.

Terminada a montagem, confira todas as ligações. Se tudo estiver em ordem, você poderá fazer uma prova inicial de funcionamento do aparelho, da seguinte maneira.

PROVA E USO

Se a sua rede for de 110 V você ligará o cabo de alimentação entre os pontos 0 e 110 V do circuito, ou seja ligará o fio de entrada nos fios preto e marrom, do transformador.

Se a sua rede for de 220 V você não precisará usar o transformador podendo então se quiser, retirá-lo do circuito. Deverá então ligar o cabo de alimentação entre os pontos 0 e 220 V do circuito. Se o aparelho for usado nas duas redes você pode acrescentar uma chave para fazer comutação dos pontos 110 e 220 V.

Feita a conexão do cabo, ligue-o à tomada. A lâmpada deve imediatamente piscar em velocidade que dependerá da posição do potenciômetro R3. Verifique se este componente dá o ajuste desejado para as frequências das pulsações.

Se você quiser aumentar o intervalo das piscadas para além daquele que o potenciômetro alcança bastará trocá-lo por um de maior valor, 2,2 ou 4,7 M, por exemplo.

Se o circuito der estalidos audíveis mas a lâmpada xenônio não piscar é sinal que provavelmente você ligou o transformador de pulsos invertido. Faça uma verificação.