Acionador sônico seletivo (ART1003)

Você assobia ou sopra um apito emitindo uma nota determinada e uma lâmpada acende por um tempo que pode ser ajustado entre alguns segundos e aproximadamente de 1 minuto. O aparelho pode ser usado como controle para lâmpadas de corredor ou entrada, ou ainda em demonstrações. Na verdade, em lugar de lâmpadas, ele também pode ser ajustado para acionar solenóides ou relés, e com isso fazer a abertura de portas ou outros dispositivos de forma automática. Uma característica importante deste circuito é a utilização de componentes discretos de fácil obtenção sendo, portanto, ideal como montagem para trabalhos em cursos técnicos.

Descrevemos uma montagem ao mesmo tempo útil em automatismos e muito curiosa, que pode ser empregada em diversas aplicações interessantes além das citadas na introdução.

Trata-se de um circuito que reconhece um som de determinada frequência, e em função disso aciona uma lâmpada (ou outra carga) por um certo intervalo de tempo.

Para demonstração em feira de ciências ou como trabalho de cursos técnicos, existe uma possibilidade que torna este aparelho sem igual.

Com um pouco de prática, o leitor pode conseguir seu intento assobiando a nota que aciona o circuito e por mais que seus amigos tentem, gastando seu fôlego, o aparelho só responde a essa nota, para espanto de todos.

O filtro seletivo usado no circuito tem uma boa seletividade que aumenta sua sensibilidade na nota escolhida, e pela troca de componentes o leitor pode escolher o tipo de som que vai fazer o acionamento.

Uma possibilidade interessante é usar um apito seletivo do tipo mostrado na figura 1 em que se pode ajustar a frequência do som emitido de modo que ela corresponda à sintonizada no circuito.

Apito cuja freqüência depende da posição do êmbolo.

Assim, somente em uma posição do ajuste do aparelho é que será possível obter o acionamento do circuito com o acendimento da lâmpada.

Embora o SCR usado possa controlar até 3 ampères de corrente na rede de 110 V, o que significa uma potência máxima de 330 watts nesta rede, limitamos a potência da lâmpada controlada a 100 watts para maior segurança.

É interessante observar que esta seletividade que o circuito apresenta e que o faz responder a apenas uma determinada frequência, é bastante importante tornando improvável que ocorra o acionamento da lâmpada com ruídos ambientes.

Montado num abajur o circuito pode fazer bastante sucesso em sua casa, respondendo apenas ao seu comando.

COMO FUNCIONA

O circuito de entrada conta com um oscilador de duplo T, que é colocado numa condição de produzir uma oscilação amortecida, conforme mostra a figura 2.

Observe a relação entre os valores dos componentes do duplo T.

Isso significa que para entrar em funcionamento, como não existe realimentação suficiente que mantenha a amplitude das oscilações, o circuito precisa de um estímulo inicial que é dado justamente pelo sinal de um microfone.

Temos então um microfone de eletreto, que é ligado à base do transistor através do capacitor C4.

Quando o microfone capta um tom temos duas possibilidades:

Se a frequência do som captado não tem a frequência própria do circuito sintonizado o estímulo não é suficiente para excitá-lo convenientemente e sua saída tem uma amplitude relativamente pequena desaparecendo em pouco tempo.

O sinal não tem intensidade suficiente para excitar o SCR acionando a carga. O que acontece é que como o circuito é sintonizado, a cada ciclo do sinal, em lugar da haver um reforço com o sinal do microfone, há um cancelamento devido justamente à defasagem dos sinais, de acordo com a figura 3.

Uma freqüência de entrada imprópria cancela rapidamente a oscilação do duplo T.

Isso quer dizer que as oscilações produzidas são amortecidas rapidamente resultam num sinal de saída reduzido no coletor do transistor.

Por outro lado, se o tom tem a mesma frequência para a qual é sintonizado o duplo T, o que ocorre é diferente. A cada oscilação produzida chega um pico de reforço do sinal captado pelo microfone que aumenta a intensidade do sinal final.

O resultado é uma oscilação muito mais forte no circuito, que se traduz num sinal de grande amplitude no coletor do transistor, conforme ilustra a figura 4.

Freqüência igual à do duplo T como estímulo, leva-o a uma forte oscilação.

Em outras palavras, o oscilador pode ser colocado em funcionamento com máxima intensidade, apenas se o sinal excitador tiver a mesma frequência para a qual o duplo T é sintonizado.

A frequência do duplo T depende dos capacitores C1, C2 e C3 que devem ser escolhidas conforme tabela que daremos na parte prática.

O importante num oscilador de duplo T é que a relação de valores entre os resistores (R2, R3 e P1) e os capacitores (C1, C2 e C3) seja mantida.

O ponto em que o oscilador passa para a condição de amortecimento é dado pelo ajuste de P1. Este componente é que vai determinar a sensibilidade e a seletividade do oscilador em relação aos sinais captados pelo microfone.

Os sinais obtidos na saída do oscilador de duplo T servem para disparar um SCR que tenha por carga uma pequena lâmpada de aviso. Esta lâmpada dará uma piscada ao receber o sinal na frequência correta, indicando o reconhecimento do sinal pelo circuito.

Com o acionamento deste SCR, o capacitor C6 carrega-se via D2 e começa a descarregar-se lentamente via P3 e R7 através da comporta de SCR2.

O tempo de descarga e, portanto, o tempo em que o SCR2 permanece disparado depende tanto do ajuste de P3 quanto do valor de C6.

O montador pode escolher capacitores na faixa de 10 a 1 500 µF para este componente, obtendo assim tempos que vão desde alguns segundos até vários minutos.

A carga do segundo SCR é a lâmpada que deve ser controlada.

Veja que o circuito de controle do SCR é de meia onda, o que significa que a lâmpada principal acenderá com aproximadamente metade de seu brilho normal.

No entanto, se o leitor desejar uma operação em onda completa, pode conseguir isso modificando o circuito, conforme mostra a figura 5.

Alteração para operação em onda completa.

Com uma ponte de diodos é possível alimentar o SCR com os dois semiciclos do sinal da rede de energia e assim aplicar potência total à lâmpada.

MONTAGEM

Na figura 6 temos o diagrama completo do circuito de acionamento sônico seletivo.

Diagrama completo do aparelho.

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 7.

Sugestão de placa.

Observe que o circuito tem um setor alimentado por pilhas operando com 6 volts. Este setor é de baixo consumo, o que quer dizer que um conjunto de 4 pilhas pequenas durará muito tempo.

Nada impede, entretanto que seja usada uma fonte de baixa tensão para este setor.

O ponto comum do negativo das pilhas e da rede de energia é importante para oferecer percurso às correntes dos dois circuitos.

Os valores para os capacitores do duplo T em função do tipo de acionamento são dados na tabela a seguir:

Tom - C1/C2 - C3

muito grave - 100 nF - 220 nF

grave - 47 nF - 100 nF

médio - 22 nF - 47 nF

agudo - 10 nF - 22 nF

muito agudo - 4,7 nF - 10 nF

O capacitor C4 deve ser aumentado para 220 nF ou mesmo 470 nF na operação com sons mais graves, para obter-se maior sensibilidade.

O valor de C6 depende do tempo de acionamento, podendo ficar entre 10 e 470 µF. Os valores maiores proporcionam maior tempo de acionamento.

Usando um transdutor piezoelétrico (do tipo usado em tweeters piezoelétricos) ligado à base do transitor Q1, é possível acionar o circuito com ultrassons. Neste caso C1/C2 podem ter valores entre 1 nF e 2,2 nF. O capacitor C3 deve ter o dobro do valor desses componentes.

Neste caso, o circuito pode ser usado como um sensível receptor de controle remoto ultrassônico.

Como transmissor podemos utilizar um oscilador convencional com o CI 555 alimentando via transistor um tweeter piezoelétrico ou ainda um transdutor piezoelétrico (veja circuito da figura 9).

O conjunto pode ser instalado numa caixa plástica, ilustrada na figura 8.

Sugestão de montagem.

Os capacitores podem ser de poliéster ou cerâmicos e os SCRs devem ter sufixos de acordo com a tensão da rede de energia.

Para a rede de 110 V o sufixo é o B, e para a rede de 220 V o sufixo é o D. O SCR2 deve ser dotado de um pequeno radiador de calor.

PROVA E USO

Ligue a unidade à rede de energia e abra totalmente P2.

Ajuste inicialmente P1 até que o oscilador fique no limiar de operação. Este ponto corresponde ao ajuste um pouco antes do instante em que a lâmpada é acionada.

Depois, assobiando ou apitando descubra a nota que produz o acionamento do circuito. Retoque o ajuste de P1 para obter a máxima sensibilidade e o ajuste de P2 para evitar que o circuito seja acionado com sons ambientes mais fortes.

Para usar o aparelho: treine para conseguir com facilidade a nota que faz o acionamento, ou utilize uma fonte sonora de frequência fixa para a qual o circuito é ajustado.

Para um controle remoto em que o emissor também é eletrônico, o leitor pode usar o oscilador mostrado na figura 9.

Emissor para controlar a lâmpada.

A frequência do sinal de acionamento é ajustada em P1. Se quiser use um tweeter piezoelétrico para emissão de ultrassons alterando os capacitores do duplo T, conforme indicado no texto.