10 circuitos práticos selecionados (ART1151)

Uma constatação interessante que fazemos é que os profissionais de eletrônica estão separados em dois grandes grupos. O primeiro que não consegue encontrar nenhuma solução simples para problemas eventuais em seu trabalho e o segundo que encontra soluções, mas somente usando tecnologia avançada. O grupo intermediário, entretanto tem poucos componentes e é justamente para levar os demais para esse grupo que apresentamos uma seleção de circuitos práticos todos os meses nas páginas desta revista.

O que ocorre é que existem problemas que o profissional tem de resolver que não precisam de soluções complexas. Não precisamos de um microprocessador para ligar e desligar uma máquina em intervalos regulares, como também não precisamos de um DSP para acionar um relé por um tempo determinado quando um feixe de luz é interrompido.

Esse tipo de solução que pode usar uma eletrônica mais simples, com componentes discretos e de fácil obtenção, é freqüentemente exigida no ambiente de trabalho dos profissionais da eletrônica. Numa planta industrial, num laboratório de projeto ou mesmo numa bancada de manutenção, em dados momentos precisamos de soluções simples, na maioria dos casos rápida exigindo improvisação.

Os circuitos que costumamos apresentar nessa seção visam justamente essa aplicação. São pequenos blocos ou configurações que podem servir para solucionar problemas imediatos que não exigem alta tecnologia.

Esses blocos podem também fazer parte de configurações mais complexas, como o interfaceamento de soluções de alta tecnologia com outros circuitos.

Assim, mesmo parecendo para muitos que eles possam ser sempre substituídos por alta tecnologia (e de fato podem), a sua presença aqui é justamente sugeri-los como solução no momento em que a alta tecnologia não está disponível, não é conveniente pela relação custo/benefício ou ainda não é necessária pelo tipo de aplicação que se tem em mente.

Neste artigo mais uma útil coleção de circuitos práticos para esse tipo de solução.

1 - Automatismo Foto-Elétrico Temporizado

O circuito apresentado na figura 1 dispara um relé quando S1 é pressionado mas isso somente na ausência de luz incidente no sensor (um LDR comum).

 

Numa aplicação direta ele pode ser usado como interruptor noturno temporizado. Outra aplicação é em automatismos onde S1 pode ser um sensor NA (microswitch ou reedswitch).

A sensibilidade ao disparo em função da luz incidente ;e determinada pelo ajuste de P1. Esse trimpot pode ser aumentado caso se trabalhe com intensidades muito pequenas de luz.

A temporização é dada por R2 e C1, Para os valores indicados temos algo em torno de 1,5 minutos, mas esse tempo pode ser alterado à vontade pela troca dos componentes envolvidos. Lembramos que C2 não deve superar os 2 200 µF e R2 os 1,5 M Ω, para que instabilidades não sejam introduzidas no circuito.

O circuito também pode ser alimentado com uma tensão de 6 V caso o relé seja trocado. A carga controlada vai depender justamente da capacidade dos contactos desse componente.

Também existe a possibilidade de se utilizar um Darlington de potência, um transistor de potência comum ou um MOSFET de potência, para controle direto de uma carga de corrente contínua que opere na mesma tensão.

2 - Alarme de Temperatura

Na figura 2 mostramos como utilizar um dos comparadores dos quatro existentes no LM336 num alarme de temperatura.

 

Com o aumento da temperatura, diminui a tensão no coletor do transistor e com isso, ao se chegar o ponto de comutação, determinado por R4 e R5, a saída do comparador vai ao nível alto, disparando o relé.

Os componentes críticos desse circuito que devem ser selecionados para se obter o disparo na temperatura desejada são R4 e R5 cuja relação determina o ponto de disparo, e R1 e R2 que determina a sensibilidade.

O sensor é um transistor NPN de silício de uso geral, que pode ser instalado longe do aparelho. Não damos a pinagem do integrado, pois qualquer dos quatro comparadores existentes no LM339 pode ser usado de forma independente.

3 - Amplificador para Foto-Diodo

A National Semiconductor sugere o circuito mostrado na figura 3, para a amplificação de sinais de dois foto-diodos.

 

O circuito é logarítmico, ou seja, tem seu ganho maior com as pequenas intensidades de luz incidindo nos diodos e a medida que a intensidade aumenta o ganho diminui saturando quando os dois diodos zener em oposição conduzem, levando o circuito ao ganho unitário.

A fonte de alimentação deve ser simétrica e o maior ganho é determinado por R3. Esse componente pode ser aumentado para se obter maior ganho com intensidades menores de luz.

Uma possibilidade interessante consiste em se substituir R3 por um trimpot para se obter um ajuste da faixa dinâmica de operação do circuito. R1 também influi no ganho do circuito.

O capacitor C2 faz a compensação de freqüência e os foto-diodos dependem da aplicação, lembrando que esses componentes possuem uma boa resposta de freqüência para os sinais modulados.

Outros amplificadores operacionais de mesmas características podem ser experimentados nessa configuração.

4 - Sensor de Toque

Na figura 4 apresentamos um sensor de toque que opera detectando o ronco de 60 Hz da rede de energia.

 

Esse ronco aparece na forma de um sinal retangular na saída do primeiro inversor (pino 3), sendo então retificado e aplicado à entrada do segundo inversor.

O resistor R4 e C1 formam uma rede que filtra esse sinal, fornecendo uma saída constante no pino 4 do segundo inversor.

O sinal pode ser usado para ativar uma etapa de potência com um relé e um transistor, como nos circuitos anteriores desse artigo, caso em que cargas de potência elevada podem ser controladas.

Lembramos que esse circuito deve ter uma fonte de alimentação completamente isolada da rede de energia. Da mesma forma, o circuito controlado deve ser totalmente isolado quer seja por relé, acoplador óptico ou outro recurso.

A fonte de alimentação vai depender do circuito que deve ser acionado. Observamos que o consumo do circuito e extremamente baixo na condição de espera, não sendo maior do que 1 mA mesmo com tensão de 12 V.

Maior sensibilidade pode ser obtida com o aumento de R1. O valor máximo recomendado é da ordem de 44 M Ω, obtido com dois resistor de 22 M em série. O sensor consiste numa chapinha de metal que deve ser tocada com os dedos.

Essa chapinha deve ser conectada ao circuito através de fio curto. Se o fio for longo (mais de 40 cm) deve ser blindado com a malha devidamente aterrada.

5 - Interruptor de Toque Capacitivo

Diferentemente do circuito anterior, o circuito apresentado na figura 5 opera por capacitância. Isso significa que a aproximação da mão do sensor X1 faz com que a alteração de capacitância no circuito provoque o disparo, com a produção de um nível lógico alto na sua saída.

 

O circuito é formado por um oscilador que opera em uma freqüência de algumas centenas de quilohertz, elaborado em torno de uma das portas do 4093.

O sinal desse circuito é detectado e aplicado ao amplificador operacional CA3140. O nível de sinal aplicado depende da ev entual existência de uma capacitância externa aplicada via C2.

Essa capacitância vem justamente da aproximação de qualquer objeto do sensor.

O ajuste do ponto de disparo é feito no trimpot P1. Os diodos são de uso geral e o sinal na saída pode ser usado para disparar uma etapa de potência, exatamente como sugerido no circuito anterior. A fonte de alimentação não precisa ser simétrica, mas deve ter excelente filtragem.

6 - Timer para Longas Temporizações

Um dos problemas do circuito integrado 555, normalmente usado quando se deseja uma temporização, é que além de 1 hora, a necessidade de capacitores e resistores de v alores elevados torna o circuito instável. De fato, o tempo máximo dessa ordem deve-se à limitação do capacitor a 2 200 µF aproximadamente e do resistor em torno de 1,5 M Ω.

Uma forma de se obter longas temporizações, superando as 15 horas como no caso do circuito que apresentamos na figura 6, é com a utilização de um contador binário de 14 estágios CMOS, como o circuito integrado 4020.

 

Assim, os pulsos gerados pelo 555 são contados até 16 384 antes que o relé seja acionado, terminando assim a temporização. É fácil perceber se o 555 gerar 1 pulso a cada 10 segundos, chegaremos a uma temporização de 160 840 segundos!

No circuito apresentados, a temporização começa quando o botão S1 é pressionado, caso em que o relé fecha os contactos e o 555 começa a oscilar. No final da contagem, o relé abre os contactos desligando o circuito automaticamente.

O ajuste da temporização é feito em P1. Para se obter uma precisão de ajuste pode-se ligar no pino 3 do 555 um LED em série com um resistor de 1 k Ω, ajustando-se então a freqüência das pulsações.

O intervalo das piscadas, multiplicado por 16 384 dará a temporização ajustada.

O circuito pode funcionar com relés de 6 V e o valor de C1 pode ser alterado para faixas diferentes de temporização.

Observamos que durante o intervalo da temporização o relé permanece energizado, sendo basicamente a corrente em sua bobina que determinará o consumo do aparelho.

O resistor e o capacitor no pino 11 de reset garantem que a contagem do 4020 parta de zero.

7 - Voltímetro Analógico com FET

Se o leitor precisa monitorar uma tensão e não deseja uma solução cara ou sofisticada. Na verdade, até encontrou um galvanômetro analógico (microamperímetro ou miliamperímetro) no seu estoque de material e deseja aproveitá-lo, o circuito apresentado na figura 7, consiste numa solução interessante.

 

Esse circuito permite que galvanômetros de 50 µA a 2,5 mA de fundo de escala sejam usados como voltímetros fornecendo uma leitura de 1 µA para cada 100 mV de entrada.

É claro que se a tensão monitorada for outra (outra faixa) pode-se acrescentar um divisor resistivo na entrada do circuito.

Um ponto importante a ser considerado nesse circuito é sua elevada impedância de entrada, o que lhe dota de uma sensibilidade que pode ser muito importante na aplicação desejada.

A tabela dada a seguir fornece os valores de R3 e R4 em função da corrente de fundo de escala do instrumento usado. Observe que a fonte de alimentação do circuito deve ser simétrica.

O trimpot P1 é um ajuste de nulo que compensa as eventuais figas do CI, fazendo com que o instrumento indique zero na ausência de tensão de entrada.

8 - Regulador de 12 V com Operacional

Se bem que exista uma quantidade enorme de circuitos integrados reguladores de tensão de 12 V, pode ser que o leitor tenha a necessidade de improvisar um, ou mais que isso, obter uma tensão de saída que possa ser ajustada numa faixa em torno de 12 V com certa facilidade e com corrente chegando a 2 ou 3 A.

Para essa finalidade o circuito mostrado na figura 8 consiste numa boa solução, inclusive com a possibilidade de ser modificado para fornecer outras faixas de tensão como 6, 9, 15 V, etc.

 

Os diodos zener podem ter tensões levemente diferentes e o ajuste da tensão de saída é feito no trimpot P1. O transistor deve ser dotado de um bom radiador de calor, em função da corrente que vai ser drenada pelo circuito de carga.

Observamos que a tensão de entrada deve ficar entre 3 V acima da tensão desejada na saída e um máximo de 30 V.

Não será preciso dotar o amplificador operacional de alimentação simétrica.

9 - Dimmer com Isolamento Óptico

A maioria dos leitores está familiarizada com circuitos de dimmers usando Triacs. No entanto, pode-se necessitar de uma configuração em que um dimmer seja controlado por um microprocessador, pela própria saída paralela de um PC ou ainda por um controle PWM externo.

A ideia mostrada na figura 9 nada tem de anormal, exceto pelo fato de usar um acoplador óptico com LDR.

 

 Se o leitor tiver dificuldades em encontrar um acoplador desse tipo pode montá-lo colocando um LED (preferivelmente de alto brilho) em contacto com um LDR comum dentro de um invólucro à prova de luz.

O resistor R2 tem o valor determinado para ser acionado pela porta paralela ou pela saída de um DAC comum alimentado por 5 V. Eventualmente esse componente deve ser alterado, conforme a fonte de tensão de controle.

O circuito também pode exigir alterações de outros componentes como C1 para que a faixa desejada de potências aplicadas à carga seja conseguida, sem problemas,

A lâmpada neon consiste numa solução econômica para o disparo do TRIAC, mas nada impede, se o leito dispuser de um diac, que o utiliza sem qualquer alteração no circuito.

O TRIAC tem sufixo B para a rede de 117/127 V e sufixo D para a rede de 220 V, devendo ser montado em dissipador de calor compatível com a corrente exigida pela carga.

Observamos que esse circuito pode ser usado no controle de lâmpadas incandescentes, elementos de aquecimento (resistivos) e motores universais. Não o utilize com lâmpadas fluorescentes, equipamentos eletrônicos e lâmpadas eletrônicas.

10 - Luz de Emergência

Nosso último circuito é de uma utilidade qe pode ser implementada com poucos componentes, sem nada de sofisticado, mas tendo um desempenho que nada deixa a dever aos circuitos mais elaborados.

A figura 10 mostra uma luz de emergência simples que faz uso de qualquer transformador de 12 V com corrente de 200 a 600 mA e uma bateria que pode ser de modo, carro ou Nicad. O resistor R1 vai determinar a carga sendo tipicamente de valores entre 47 Ω x 5 W (para baterias maiores) a 220 Ω x 2 W (para baterias menores).

 

A carga é uma lâmpada incandescente de 200 mA a 1 A, como as usadas para iluminar o interior do automóveis, mas o leitor pode melhorar o projeto alimentando um inversor de tensão para lâmpada fluorescente.

Quando a tensão da rede é cortada, o SCR dispara e a corrente passa através da lâmpada anodo/catodo do SCR, enrolamento do transformador, retornando ao negativo da bateria.

O capacitor tem por finalidade evitar o disparo do circuitos com cortes muito rápido ou oscilações da tensão da rede.