Pequenos projetos eletrônicos
Alguns circuitos práticos testados.
Contatos:
Este circuito é um interruptor acústico. Quando um som de amplitude suficiente atinge o microfone, faz o relé ligar uma carga. Após algum tempo, que pode ser modificado com a troca do capacitor C2, a mesma é desligada.
Pode ser utilizado por exemplo para ativar um gravador de voz apenas quando alguém está realmente falando. Ótimo para os xeretas de plantão que gostam de ficar ouvindo a conversa dos outros.
A
base do circuito é um amplificador operacional com ganho muito
elevado. Neste caso, na configuração inversor, seu
ganho será de
.
Todo este ganho é importante para que o circuito atue mesmo
com os ruídos mais baixos.
O sensor é uma cápsula de eletreto, que é um microfone ativo e necessita de alimentação e muito cuidado para que sua polaridade não seja invertida durante a instalação. O negativo é o terminal conectado na carcaça.
C1 é um capacitor necessariamente de poliéster ou cerâmica. Os eletrolíticos tem naturalmente alta fuga interna e devido ao grande ganho do amplificador, é suficiente para saturar a saída, inviabilizando o circuito.
O diodo D1 pode ser do modelo 1N4148 sem prejuízos. É o responsável por impedir que a carga acumulada no capacitor C2 retorne ao amplificador.
C2 é eletrolítico, tem a finalidade de, junto com R4 criar um atraso no desligamento da carga, impedindo acionamentos repicados de alta velocidade. Pode ter seu valor aumentado ou diminuído caso deseje alterar esse tempo. Conecte o terminal negativo ao comum da fonte.
T1 é o transistor responsável pelo acionamento do relé que manipula a carga. Esse relé pode ser qualquer um com corrente de bobina de até 300mA e tensão de 12V.
O diodo D2 é o responsável por consumir a força contra-eletromotriz da bobina do relé quando o mesmo é desligado. A falta dele ou sua conexão invertida é certeza de destruição do transistor.
Finalmente, o led indica que a carga foi ativada.
Neste projeto foi utilizada uma fonte simétrica de -12V a +12V, porém pode ser testada uma fonte convencional ou mesmo bateria, com alguns ajustes, por sua conta e risco.
O potenciômetro ajusta a sensibilidade ao som. Ajuste para que não fique nem sensível demais, nem de menos. Se a intenção for o acionamento com a voz, fale normalmente e vá ajustando até que o led acenda. Pare de falar e após alguns segundos o led deve apagar. Repita o teste e reajuste se for necessário.
Boa diversão.
O transformador deve ter corrente máxima pelo menos 50% superior ao projeto, principalmente se for adquirido um dos “mais baratos”. Muitos componentes vendidos no mercado atualmente são de qualidade muito baixa, assim, é recomendável a instalação de um com capacidade superior ao que será realmente usado para evitar surpresas desagradáveis. Cuidado ao selecionar a tensão no primário.
Os diodos retificadores devem ter capacidade de condução de corrente suficiente. Se desejar uma fonte com maior capacidade, estes componentes devem ser trocados.
O fusível é indispensável para a proteção geral do circuito.
O primeiro capacitor de 2200uF (eletrolítico) faz a filtragem da onda completa em contínua. Para valores maiores de corrente, deve ser aumentado na razão de aproximadamente 1000uF para cada 1A. A tensão máxima deve ser de pelo menos 50% superior a tensão de pico de saída do transformador.
Por exemplo, com um transformador de 15V de saída,
sua tensão de pico será de
.
Assim, o capacitor deverá ter tensão de pelo menos
, cujo valor comercial mais próximo é 35V.
O regulador 7815 é utilizado aqui apenas como a fonte de tensão de referência, não necessita de dissipador.
O potenciômetro deve ser linear.
O transistor 2N3055 deve ser montado em um bom dissipador de calor, visto que poderá dissipar bastante potência.
O capacitor de 100uF (eletrolítico) na saída tem como finalidade estabilizar a tensão com as variações de corrente da carga e o último capacitor de 0,1uF deve ser cerâmico para eliminar os ruídos de alta frequência.
Ajustando o potenciômetro é possível ajustar a tensão de saída. Só. Simples e funcional.
Este circuito é capaz de fornecer por exemplo, +6V e -6V a partir de uma fonte ou bateria de 12V.
Veja outra sugestão no projeto “fonte simétrica com dobrador de tensão”.
Algumas vezes precisamos utilizar uma fonte simétrica para alimentar um circuito analógico e a única fonte de alimentação é uma bateria ou conjunto de pilhas. Neste caso, é possível criar a fonte simétrica utilizando um amplificador operacional. Para isso basta gerar a tensão média com resistores e aplicar esta tensão ao amplificador, que manterá este valor constante na saída.
Para isso é utilizada uma configuração especial, conhecida geralmente como buffer, onde a tensão aplicada na estrada é a mesma na saída. O ganho é unitário, a diferença está na impedância da entrada, que é altíssima e a da saída muito baixa.
Este modelo é muito utilizado em instrumentação industrial devido exatamente a impedância alta que não carrega os elementos primários, como por exemplo uma sonda de pH.
A impedância de entrada do 741 é de aproximadamente 2MΩ. Amplificadores modernos, com tecnologia FET têm impedâncias de até 500MΩ.
Os resistores R1 e R2 podem ter valores bastante altos, para evitar consumo desnecessário da fonte, porém cuidado com a impedância interna do operacional. A saída é limitada à corrente máxima do componente, que no caso do 741 fica em torno de 25mA. Para correntes maiores é necessário acrescentar um amplificador de corrente com transistores em push-pull na saída.
Os capacitores devem ter tensão pelo menos 50% superior ao valor que serão submetidos. Sugestão: 63V.
Este circuito opera com tensões a partir de aproximadamente 5V de uma bateria, conjunto de pilhas ou fonte. A saída será a metade da alimentação.
Por exemplo, se for alimentado com uma bateria de 9V, terá as tensões de +4,5V e -4,5V.
Não ultrapasse os 30V, típico limite deste amplificador.
Se você necessita ligar ou desligar uma carga quando as condições de iluminação mudarem, como por exemplo ligar uma lâmpada quando escurecer, este circuito atende a esse propósito.
O sensor é um LDR (Light Dependent Resistor), que tem sua resistência aumentada na ausência de luz.
Assim, quando há luz, a tensão do pino 2 do amplificador é maior que o pino 3, fazendo com que a saída fique negativa e o transistor corte. O relé desliga a carga.
Quando não há luz ambiente, o LDR aumenta sua resistência, fazendo com que a tensão na entrada inversora diminua e assim a saída fica positiva. O transistor satura e o relé liga, ativando a carga.
O diodo D1 tem a finalidade de desviar para terra a tensão negativa e D2 amortece a força contra-eletromotriz da bobina.
Ajuste o potenciômetro para a quantidade de iluminação desejada para o acionamento da carga.
Utilizei uma fonte simétrica. Amplificadores operacionais funcionam melhor assim, mas é possível utilizar uma fonte simples com alguns ajustes.
Caso deseje inverter a ação, ou seja, acionar uma carga quando o ambiente estiver iluminado, utilize uma (e apenas uma!) das seguintes alternativas, de acordo com a sua conveniência:
Inverta o LDR de posição com R2 ou
Inverta o pino 2 com o pino 3 do CI ou
Ao invés de utilizar o contato normalmente aberto, use o normalmente fechado do relé.
Para adicionar um tempo de atraso no circuito, evitando que mude de estado com flashes de luz, basta acrescentar um capacitor eletrolítico em paralelo com o resistor R2. A tensão deve ser de pelo menos 25V e capacitância a partir de 470uF pode ser testada.
Algumas vezes, ao invés de controlar a tensão na carga, precisamos controlar a corrente.
Por exemplo, alguns ensaios científicos, onde é necessário manter constante a corrente em um fluxo de íons ou para gerar a corrente de instrumentação industrial de 4 (ou 0) a 20mA.
Este circuito foi elaborado para fornecer uma corrente máxima em torno de 25mA, limite típico do amplificador, sem uso de transistores de saída.
A carga faz parte do circuito de realimentação do amplificador e este é o grande segredo deste simples circuito e o potenciômetro permite o ajuste da corrente desejada.
O amplificador operacional realimentado tem a tendência natural de manter as tensões das duas entradas iguais. Assim, ajustando o potenciômetro em algum nível, a saída altera seu valor até que consiga fazer com que a tensão do pino 2 seja igual ao pino 3.
O resistor de 250R foi escolhido de propósito para gerar a equivalência 0-20mA com 0-5V (ou 4-20mA com 1-5V), padrão da instrumentação industrial.
O controle da corrente ocorre da seguinte forma: o potenciômetro define um valor de tensão, digamos 2,5V na entrada não inversora. O amplificador, via carga, fornece corrente suficiente para que a tensão do pino 2 fique equivalente ao pino 3. Essa corrente depende da tensão sobre o resistor ligado ao terra, que neste caso é de 250R. No exemplo, para que tenhamos 2,5V em um resistor de 250R será necessário 10mA, de acordo com a lei de ohm.
Veja que o valor da corrente não depende da impedância da carga e somente da tensão no pino 2. Dessa forma, variações do circuito controlado não provocarão alterações da corrente, dentro dos limites operacionais.
Um curto-circuito na carga não tem nenhum efeito danoso, pois a corrente está limitada ao valor ajustado.
Para mudar a relação entre tensão de controle e corrente, mude o resistor de derivação para a terra, considerando os limites de tensão da alimentação e a impedância máxima da carga.
Conecte um amperímetro em série com a carga para ajustar a corrente, ou então use a relação da lei de ohm e monitore a tensão no pino 2 e calcule a corrente.
O amplificador 741 tem limites operacionais máximos de 18V simétricos de alimentação e 25mA de corrente de saída. Para correntes maiores será necessário utilizar algum transistor na saída.
A proposta deste circuito é ser o mais simples possível e utilizar o menor número de componentes. Foram utilizados apenas os componentes geradores da constante de tempo – R e C – e o circuito integrado 555, mais nada, gerando uma onda quadrada simétrica.
O circuito integrado 555 é muito versátil, porém, sempre utiliza um número razoável de resistores e tem o inconveniente de gerar onda quadrada assimétrica. Para conseguir a simetria na saída, são necessários mais alguns componentes.
Este circuito gera um sinal realmente quadrado utilizando apenas um resistor e um capacitor.
Isso é possível utilizando a própria saída como fonte de corrente para o capacitor.
Seu funcionamento se resume no seguinte:
Quando ligado, o capacitor está completamente descarregado, abaixo portando do limiar do pino 2. Dessa forma, a saída é forçada para nível alto. Como o capacitor está conectado na saída via resistor, acontece a carga até que o valor de disparo do pino 6 é atingido e a situação se inverte.
O pino 6 inverte a saída, fazendo-a ir para zero. O capacitor é forçado a descarregar via resistor.
Como tanto a carga como a descarga acontecem pelos mesmos componentes e caminhos (saída, resistor e capacitor), os tempos são os mesmos e o sinal é simétrico.
Faça testes para obter a frequência desejada. Apenas cuidado com alguns detalhes:
Não utilize resistor abaixo de 1KΩ, a corrente drenada da saída será muito alta e aquecerá o circuito integrado
Capacitor de valor muito alto, principalmente eletrolítico tem fuga interna grande, o que pode fazer com que o circuito não oscile
O 555 tem limites operacionais de 4,5 a 16V e corrente máxima de saída de 200mA
Os pinos 5 e 7 não são usados
Recentemente me deparei com um problema didático: quando precisava passar filmes para meus alunos usando o laptop, não tinha uma saída de som decente. Os alto-falantes do computador não dão conta do recado e aquelas caixinhas amplificadas tem uma resposta sonora bastante sofrível.
Então resolvi construir minha própria caixa amplificada usando o mínimo possível de componentes comprados. Foi assim que construí meu Frankenstein.
Juntei uma velha fonte chaveada de 12V x 1,5A, um pequeno kit de amplificador utilizando um TDA2005 na configuração mono e um ventilador de fonte de PC. A única compra foi um par de alto-falantes de 4” automotivo com tweeter. Não posso deixar de relatar a caixa de artesanato utilizada para acondicionar os equipamentos gentilmente doada pela Sra. Dona Onça (sem ela saber, claro).
Tudo funcionou bem, até que me deparei com um problema que já tinha ouvido falar. Quando ligo o amplificador, durante o tempo de estabilização e carga dos capacitores, os alto-falantes se deslocam violentamente. Ao desligar ocorre o mesmo, junto com um desagradável estralo agudo. Então vi em uma edição da conceituada revista Elektron um circuito de retardo que inibe justamente esses efeitos citados. O porém é que o circuito é um tanto quanto complexo, então resolvi construir o meu com o mínimo de peças possíveis e com componentes disponíveis no laboratório da escola e foi isso que nasceu.
Quando ligo a minha “caixinha”, este circuito provoca um retardo de aproximadamente 3 segundos até que o relé ligue e libere o som. Desligando, o mesmo corta quase que imediatamente os alto-falantes, impedindo o estralo e movimento brusco do cone.
A idéia central é um circuito que temporize na ligação e desligue imediatamente no desligamento.
Ao ligar a fonte, o capacitor C1 está descarregado e vai se carregar lentamente através de R1. Este é o circuito de tempo.
Para que o transistor sature, a tensão no capacitor deve ser maior que a barreira imposta pelo diodo zener de 10V, mais a junção do próprio transistor, o que faz com que este último sature somente quando o capacitor atinja pelo menos 10,7V. Quando isso acontece, o relé liga e o amplificador é conectado aos alto-falantes.
No momento que a fonte é desligada, para que o capacitor se descarregue rapidamente, o diodo D1 faz com que parte da sua carga seja entregue para o resto do circuito, que acaba consumindo a sua carga rapidamente e assim o transistor corta antes que a fonte caia completamente.
R2 garante a referência de zero para a base do transistor enquanto a tensão do capacitor está subindo, R3 limita a corrente de base.
O diodo D2 consome a contra-corrente gerada na bobina do relé no momento do desligamento (cuidado com sua polaridade!).
O relé usado foi um de apenas 1 contato normalmente aberto, mas você pode utilizar um com 2 contatos abertos se tiver um amplificador stereo.
Este circuito foi parte de um projeto onde era necessário 24V a partir de uma bateria automotiva. A corrente máxima fornecida é da ordem de 100mA e precisa de um oscilador de onda quadrada conectado entre J1 e o negativo. O oscilador utilizado pode perfeitamente ser o descrito neste trabalho (oscilador simples com 555) e a sugestão de circuito final está aqui.
Não está indicado no oscilador os valores de R e C porque podem ser necessárias alterações para melhorar o desempenho de acordo com a tensão de alimentação, mas é possível começar os testes com R = 10KΩ e C = 47nF (0,047uF ou 47KpF). Leia o descritivo do oscilador se deseja usá-lo.
O princípio de funcionamento é simples, conhecido em alguns casos como “charge pump” e tem dois tempos de funcionamento:
Carga:
Enquanto
o oscilador está em nível baixo, o transistor T1 está
cortado e T2 saturado. Assim, a corrente da fonte circula por D1, C1
e T2, carregando o capacitor.
Descarga:
No
momento em que o oscilador vai para nível alto, T1 satura e T2
corta. O capacitor é conectado em série com a bateria,
somando suas tensões. D2 conduz e carrega C2 com esta tensão
maior.
Estes ciclos devem ser repetidos indefinidamente para carregar C1 e descarregá-lo na carga. Na verdade, a tensão de saída não será o dobro porque temos que considerar as quedas de tensão dos diodos e transistores, o que faz com que a saída tenha aproximadamente o seguinte valor:
Vsaída = (Vfonte x 2) – 2
Para melhorar, é possível trocar os diodos de silício por diodos shottky rápidos e com baixa tensão de barreira, facilmente encontrados em velhas fontes de PC desativadas. Não são recomendados os diodos retificadores comuns, como o 1N4007 devido a sua baixa velocidade.
Como dobramos a tensão, a corrente drenada da fonte será o dobro e deve ser considerada. Por exemplo, utilizando uma carga de 100mA, o circuito exigirá aproximadamente 200mA da bateria.
Esta fonte fornece uma saída de por exemplo +12V e -12V a partir de uma fonte ou bateria de 12V.
Veja outra sugestão no projeto “fonte simétrica de 25mA com amplificador operacional”.
O projeto é exatamente igual ao anterior (dobrador de tensão a capacitor) e aproveita o fato do capacitor C1 funcionar como uma segunda fonte em série com a bateria. A corrente máxima fornecida é da ordem de 100mA e precisa de um oscilador de onda quadrada conectado entre J1 e o negativo. Novamente aqui o oscilador pode ser o descrito neste trabalho (oscilador simples com 555) e a sugestão de circuito final está aqui.
Não está indicado no oscilador os valores de R e C porque podem ser necessárias alterações para melhorar o desempenho de acordo com a tensão de alimentação, mas é possível começar os testes com R = 10KΩ e C = 47nF (0,047uF ou 47KpF). Leia o descritivo do oscilador se deseja usá-lo.
O princípio de funcionamento da carga e descarga é o mesmo já descrito para o dobrador a capacitor.
C1 é carregado com a mesma tensão da fonte e é utilizado para fornecer o potencial positivo. C2 armazena a tensão de saída do dobrador e fornece uma valor mais estável para a carga.
Se achar conveniente, acrescente mais dois capacitores, um para cada saída e o terra para maior estabilidade. Cuidado com a polaridade! Podem ser testados componentes de 4,7uF e tensão de pelo menos 50% maior que a saída.
Como dobramos a tensão, a corrente drenada da fonte será o dobro e deve ser considerada. Por exemplo, utilizando uma carga de 100mA, o circuito exigirá aproximadamente 200mA da bateria.
Em eterna construção
