Estroboscópica Fluorescente (ART2732)

Para os que costumam dar bailes; para os que possuem conjuntos musicais ou simplesmente para os que desejam um ambiente de discoteca em sua sala de música: uma iluminação com lâmpada fluorescente estroboscópica e' que ensinamos montar neste artigo. Usando componentes comuns de fácil obtenção; pode ser, feita com pouco dinheiro, inclusive utilizando lâmpadas fluorescentes que para funcionamento normal já sejam consideradas estragadas.

Os efeitos produzidos pelas lâmpadas estroboscópicas são dos mais interessantes: tem-se a impressão que a pessoa realiza movimentos descontínuos, ou seja, move-se aos "pulinhos" e quando dança isso se acentua ainda mais fornecendo a clara impressão de que a pessoa é comandada em seus movimentos por um mecanismo "cibernético".

Com as lâmpadas incandescentes comuns é possível obter os efeitos da iluminação estroboscópica, mas estas, por sua inércia não podem ser consideradas ideais para esta finalidade. As lâmpadas de xenônio, do tipo empregado em flashes de máquinas fotográficas são as ideais para esta finalidade, mas além de terem custo relativamente elevado não podem ser encontradas com muita facilidade nas casas de material eletrônico e exigem um circuito de certa complexidade para seu acionamento. (figura 1)

Figura 1 – Lâmpada de xenônio

Um ponto intermediário entre a iluminação estroboscópica com lâmpada incandescente e com lâmpada de xenônio pode ser conseguida com a utilização de uma lâmpada fluorescente.

Se alimentada por pulsos de alta-tensão corretamente aplicados, a lâmpada poderá piscar com uma boa intensidade e com isso fornecer os efeitos desejados em âmbito domiciliar.

Uma das vantagens da utilização de uma lâmpada fluorescente neste tipo de aplicação está na facilidade com que ela pode ser conseguida, já que, até mesmo lâmpadas fracas não mais sirvam para iluminação normal e que portanto estejam em vias de serem jogadas fora, podem ser aproveitadas com eficiência.

A intensidade da luz obtida com este circuito é boa para ambientes de dimensões normais como salas, etc., mas pode ser facilmente ampliada com a ligação de diversas lâmpadas em circuitos paralelos segundo maneira que explicaremos.

Todos os componentes usados nesta montagem são de fácil obtenção e mesmo os leitores com pouca experiência serão favorecidos com as explicações pormenorizadas que daremos.

O circuito

Para analisar o funcionamento deste circuito, partimos do diagrama de blocos mostrado na figura 2.

Figura 2 – Diagrama de blocos

O primeiro bloco representa o circuito oscilador que gera pulsos de comando para o acendimento da lâmpada. A frequência deste oscilador determina a frequência das piscadas da lâmpada.

De modo a se obter grande faixa de frequências para a operação da lâmpada, optamos pela utilização de um oscilador com transistor unijunção cujo diagrama básico é mostrado na figura 3.

Figura 3 – oscilador unijunção

Neste circuito, um capacitor se carrega através de um resistor até ser atingida a tensão de disparo do transistor unijunção a qual é determinada por suas características internas. No momento do disparo do transistor o capacitor se descarrega sendo então produzido um pulso de grande intensidade em seu circuito de carga.

Com a descarga do capacitor o transistor volta ao seu estado de não condução e o processo recomeça. A velocidade com que são produzidos os pulsos pelo transistor depende, portanto, do valor do capacitor e do resistor neste circuito.

Na nossa montagem usamos um capacitor fixo de 1uF e o resistor variável de 470 k com o que a frequência das pulsações pode ser alterada na faixa que vai de 10 piscadas por segundo (limite em que o efeito estroboscópico pode ser percebido) até 1 piscada em cada 2 segundos ou mais.

Se o leitor quiser intervalos maiores para usar o dispositivo em sinalização, bastará aumentar o valor do capacitor, não havendo praticamente limite para isso.

O circuito controla a etapa de potência que tem por finalidade alimentar a lâmpada fluorescente. Como as lâmpadas fluorescentes necessitam de pulsos de tensão alta para poderem funcionar, esta etapa é alimentada pela rede local, a qual fornece uma corrente que, depois de retificada é aplicada a um transformador que opera com pulsos fornecendo uma tensão muito elevada.

Temos então em série com o enrolamento primário do transformador um SCR que dispara aos comandos do oscilador unijunção. Ao disparar, a energia armazenada num capacitor sob uma tensão da ordem de 150 à 300 V é transferida por meio do transformador a lâmpada fluorescente que então emite um pulso luminoso. (figura 4)

Figura 4 – Circuito de alta tensão

Usamos para esta finalidade um “flyback" que é o transformador de alta tensão usado em televisores o qual fornecerá no caso um pulso da ordem de alguns milhares de volts. Como sua duração é muito curto não perigo de queimar a lâmpada, pois a energia transferida é na realidade pequena, mas isso garante um funcionamento perfeito para o sistema.

Na montagem , praticamente qualquer flyback poderá ser usado podendo o leitor aproveitar essa peça de algum televisor abandonado ou conseguir um “usado" de alguma oficina de reparação de TV. A única exigência que se faz no caso é que o seu enrolamento primário tenha uma tomada para ”controle de fase" ou então derivações que permitam experimentar o ponto de melhor funcionamento. (figura 5)

Figura 5 – O flyback

Como o oscilador com transistor unijunção opera com uma tensão baixa, da ordem de 9 V, e a lâmpada fluorescente e seu circuito de potência com altas tensões, da ordem de 150 à 300 V, temos duas fontes de alimentação para o circuito: uma de baixa tensão formada por um transformador e retificadores para o oscilador e outra de alta tensão, direta, formada por um retificador, um resistor e um capacitor de filtro para o circuito de potência.

Como os pulsos de energia para a lâmpada dependem da carga deste capacitor, seu valor determinará a intensidade da luz produzida. Para um capacitor de 16 uF que se carregue com uma tensão de 150 V podemos calcular a energia armazenada pela fórmula:

E = 1/2 CV 2

E = 0,5 x 0,000 016 x150 x 150

E = 0,18 J

Mesmo operando com mais de 10 pulsos por segundo, este valor de energia é suficiente para se obter uma boa potência luminosa e ainda está bem abaixo da capacidade de operação da lâmpada.

Montagem

Como não opera com sinais de altas frequências e também não é sujeita a interferências externas, a montagem não é crítica podendo ser feita tanto em ponte de terminais como em placa de circuito impresso.

Para o primeiro caso o leitor precisará apenas de um ferro de soldar pequeno, alicate de corte, alicate de ponta e chaves de fenda. Para o segundo caso precisará de laboratório para confecção da placa.

O único cuidado importante que se deve tomar na instalação e montagem se refere ao isolamento da parte da alta tensão do circuito que pode causar choques perigosos.

Inclui-se no material necessário à montagem a caixa onde será alojado o conjunto e o suporte para lâmpada fluorescente.

Na figura 6 temos o circuito completo da lâmpada fluorescente estroboscópica.

Figura 6 – Circuito completo

Na figura 7 é mostrada a disposição dos componentes na montagem em ponte de terminais e na figura 8 a montagem em placa de circuito impresso.

Figura 7 – Montagem em ponte de terminais

Figura 8 – Montagem em placa de circuito impresso

O leitor poderá alimentar o circuito tanto na rede de 110 V como de 220 V sendo no caso apenas trocado o transformador T1 que então deverá ter uma tensão de primário de acordo com a rede em que ele será ligado.

Lâmpadas de 15 à 40W podem ser usadas sem problemas.

O conjunto uma vez montado será alojado numa caixa de material isolante ou metálica conforme sugere a figura 9.

Figura 9 – Caixa para montagem

No caso de ser usada caixa metálica O máximo cuidado deve ser tomado com todos os isolamentos para que nenhum fio encostando na mesma venha causar acidentes.

São os seguintes os principais cuidados que devem ser tomados com a escolha dos componentes e sua montagem:

a) Qualquer SCR da série 106 para 400 V pode ser usado nesta montagem se a rede for de 220 V e 200 V se a rede for de 110 V. Os tipos mais comuns que podem ser usados são os C106, IR106, MCR106 e TIC106. Na instalação deste componente observe bem sua polaridade e evite o excesso de calor que pode danificá-lo.

b) O transistor unijunção usado é do tipo 2N2646. A identificação dos seus terminais e, portanto, a posição em que o mesmo deve ser ligado é dada pelo ressalto existente em seu invólucro. Veja na montagem em ponte e na placa a posição do ressalto na sua colocação. Para a soldagem deste transistor evite o excesso de calor que pode danifica-lo.

c) O transformador de baixa tensão usado deve ter um enrolamento primário de acordo com a rede, ou seja, 110 V ou 220 V e secundário de 6 + 6 V com corrente de no mínimo 250 mA. Na ligação deste componente tome cuidado para não inverter os enrolamentos. O enrolamento de alta tensão é o formado por fios de capa plástica. Você usará vermelho e o pretos e se a rede for de 220 , o preto e o marrom se a rede for de 110V. O enrolamento de fio esmaltado é o secundário de 6 V.

d) Os diodos usados são do tipo 1N4004 ou BY127, devendo ser observada sua polaridade na ligação, dada pelo anel no invólucro. Se o leitor quiser pode usar na fonte de baixa tensão o 1N4001 que é de menor tensão que o 1N4004, mas nunca o 1N4001 em lugar do 1N4004 na parte de alta tensão.

e) O resistor na parte de alta tensão ligado em série com o diodo deve ter uma dissipação de 20 W em vista da corrente que ele deve suportar. Do valor deste resistor dependerá a velocidade da carga do capacitor e portanto a energia média que ele pode armazenar. Não se deve em hipótese alguma reduzir o valor deste componente para menos que o recomendado pois então o pico de corrente do SCR pode aumentar a ponto de causar sua queima. Este componente não tem polaridade certa devendo apenas ser instalados em local ventilado.

f) Os demais capacitores eletrolíticos desta montagem no caso da fonte de baixa tensão pode ser do tipo para 16 V. 0 capacitor do oscilador unijunção de 1uF pode ser eletrolítico também ou se o leitor preferir de poliéster metalizado. Deverá ser ,no entanto, eletrolítico se o leitor optar por menor frequência e necessitar de maior capacitância para esta função. Na ligação deste componente observe bem sua polaridade.

g) Todos os resistores da montagem, exceto o da fonte de alta tensão são de ¼ ou 1/8 W com tolerância de 10% ou 20%. Estes componentes tem seus valores dados pelos anéis coloridos e não tem polaridade certa para ligação. Evite apenas o excesso de calor que pode danifica-los.

h) O componente mais crítico desta montagem é o transformador de alta-tensão “flyback";

Se bem que qualquer flyback possa ser usado nesta montagem, o bom funcionamento do circuito dependerá da maneira como ele seja ligado.

Os flybacks usados nos televisores comuns possuem diversas tomadas em seus enrolamentos de alta tensão as quais são facilmente identificadas em suas posições pelo local de onde saem da bobina. Assim, a tomada que sai da parte mais interna da bobina corresponde ao extremo inferior do enrolamento enquanto que o “top" corresponde ao extremo superior, de alta tensão. A lâmpada fluorescente deverá ter seus terminais ligados entre o terminal de alta tensão e o terminal do extremo inferior da bobina (figura 10).

Figura 10 – Ligação da lâmpada ao flyback

O circuito de disparo deve ser ligado a dois terminais quaisquer dos que ficaram livres. Pode-se, por exemplo, ligar esses fios nos terminais da bobina do controle de fase (figura 11) ou então das maneiras indicadas na figura 12.

Figura 11 – Ligação na bobina de fase | Clique na imagem para ampliar |

Figura 12 – outro modo de ligação

O leitor deverá depois de montar o aparelho deixar essa ligação por último, e fazer experiências no sentido de encontrar a combinação de ligações que melhor resultado dá. Para o flyback do tipo JO-146 que foi usado na montagem do protótipo as ligações são as mostradas na figura 13.

Figura 13 – Flyback do protótipo

O ponto mais importante a ser observado na ligação da flyback consiste na utilização de fio de capa plástica bem isolado para a conexão à lâmpada. De preferência deve ser usado cabo do tipo "alta-tensão" se a lâmpada for instalada remota. Neste caso o cabo não deve ter mais do que 4 metros de comprimento.

i) O controle de velocidade consiste num potenciômetro de 470 k o qual será instalado no painel do aparelho. Este potenciômetro tem conjugado o interruptor que permite ligar e desligar a lâmpada. O fio usado na ligação do potenciômetro pode ser cabinho isolado flexível. Tanto potenciômetros lineares como logarítmicos podem ser usados nesta função observando-se apenas a ordem das ligações.

A lâmpada fluorescente pode ser de qualquer tipo de 15 à 40 W nova ou usada.

Na sua instalação use soquetes especiais ou então simplesmente solde seus pinos em duas ponte de terminais que são fixadas na tábua de montagem. Proteja o ponto de ligação se esta ficar ao alcance das mãos de modo a evitar um possível choque de alta tensão por um toque acidental.

k) As ligações entre todos os componentes devem ser curtas e diretas e na instalação do circuito na caixa todo o cuidado deve ser tomado em relação ao seu isolamento.

Terminada a montagem, antes de fazer a conexão do flyback ao circuito confira todas as ligações. A ligação à lâmpada será feita da maneira indicada e a ligação ao circuito deverá ser experimentada.

Prova e Uso

Estando toda a montagem perfeita, inicialmente ligue um dos fios do circuito ao flyback soldando-o no terminal inferior do enrolamento de alta tensão (figura 14) ou num dos extremos do enrolamento de controle de fase. O outro fio será soldado inicialmente no terminal mais próximo do mesmo enrolamento ou no outro extremo do enrolamento do controle de fase.

Figura 14 – Conexão ao flyback

Ligue a unidade e ajuste o controle de frequência para haver oscilação. O leitor poderá constatar a presença dessas oscilações ligando entre o emissor e a terra circuito unijunção um voltímetro na escala menor de tensão, e observando as vibrações de sua agulha.

Com um funcionamento normal, deverá ser ouvido no flyback estalidos correspondentes aos pulsos da parte de alta tensão. A lâmpada fluorescente já deverá entrar em operação piscando no mesmo ritmo dos estalidos. Se isso não acontecer ou se o brilho da lâmpada for muito fraco, desligue inicialmente um dos fios do circuito e experimente outra tomada do flyback.

Faca essa operação com a alimentação desligada.

Encontrado o ponto ideal de funcionamento o leitor pode instalar em definitivo o aparelho em sua caixa. Para mais de uma lâmpada fluorescente basta repetir o circuito de disparo usando tantos SCRs e flybacks quantas sejam as lâmpadas utilizadas, assim como R1, D1 a C1.