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Controle biestável de toque (MEC056)

Muitos equipamentos de uso industrial, de consumo e mesmo automotivos empregam sensores de toque em lugar das tradicionais chaves mecânicas. Obter um bom circuito de controle biestável, sem problemas de repique é algo que nem sempre é simples. Utilizando chaves analógicas/digitais CMOS do circuito integrado 4066 é possível elaborar uma chave deste tipo com facilidade. Veja neste artigo como fazer isso.

Controles de toque têm por vantagem a simplicidade e o fato de que não possuem peças móveis que podem estragar com o tempo. A desvantagem é que diretamente eles não podem controlar correntes elevadas, mas isso pode ser facilmente superado com relés comuns o relés de estado sólido que eles podem controlar.

Neste artigo, tomando como base um circuito integrado 4066 mostramos como é possível elaborar um controle de toque biestável bastante eficiente e que pode ser usado em diversas aplicações práticas.

O circuito pode trabalhar com tensões de 3 a 15 V e sua altíssima impedância de entrada permite que ele seja disparado com facilidade pelo toque dos dedos num sensor.

 

O 4066

O circuito integrado CMOS 4066 consiste em 4 chaves analógico/digitais num único invólucro e que podem ser usadas separadamente, conforme mostra a pinagem da figura 1.

 

O circuito integrado do 4066.
O circuito integrado do 4066.

 

Este circuito integrado possui chaves que abertas apresentam uma elevadíssima resistência, da ordem de muitas dezenas de meg? e que ao serem fechadas (saturadas) apresentam uma resistência da ordem de 150 ?.

Para acionar estas chaves uma tensão é aplicada ao terminal de controle.

O 4066 pode funcionar de duas formas, conforme o tipo de sinal que deve passar pelas chaves.

 

a) Digital

Na operação digital o circuito tem o pino 7 aterrado e o pino 14 alimentado com tensões de 3 a 15 V, conforme mostra a figura 2.

 

Operação digital do 4066.
Operação digital do 4066.

 

A aplicação de uma tensão positiva no terminal de controle de cada chave deixa passar tensões de 3 a 15 V (conforme a alimentação) aplicadas a cada chave.

 

b) Analógica

Na operação analógica o terminal 7 é alimentado com uma tensão de -5 V e o terminal 14 com +5 V (fonte simétrica), conforme mostra a figura 3.

 

 

Operação analógica do 4066
Operação analógica do 4066

 

A aplicação de um sinal de controle à cada chave deixa passar sinais analógicos aplicados a sua entrada. A amplitude de cada sinal não deve superar a tensão de alimentação do circuito.

 

COMO FUNCIONA

Nosso circuito utiliza as 4 chaves do circuito integrado 4066 para obter uma configuração biestável acionada por sensores de toque.

Quando tocamos no sensor X1 tanto a chave CI1-a como CI1-b fecham. Como o fechamento destas chaves as chaves seguintes recebem sinais de comando que as faz mudar de estado.

Para mudar de estado toca-se no sensor X2 que desliga as chaves e provoca nova mudança de estado das chaves finais da configuração.

Ligando o ponto X ao positivo da alimentação teremos nas saídas A e B da chave níveis alto e baixo alternados pelos toques nos sensores. Estes níveis lógicos podem ser usados para ativar etapas de potência como as mostradas na figura 4.

 

Controlando cargas de potência.
Controlando cargas de potência.

 

Em (a) temos uma etapa simples que aciona um relé. Em (b) temos a possibilidade de se usar um transistor Darlington de potência e controlar diretamente uma carga de alta corrente. Para a configuração (c) podemos controlar cargas de alta corrente usando um FET de potência. Nos casos em que cargas de alta potência devam ser controlada por transistores, eles devem ser dotados de radiadores de calor.

 

 

Existe um outro circuito CMOS que tem as mesmas funções e pinagem do 4066 e que também pode ser usado nesta aplicação. Trata-se do 4016 que, por diferença tem apenas a maior resistência das chaves quando estão ligadas, ou seja, pode controlar correntes menores. Este circuito integrado tem resistências da ordem de 300 ? quando as chaves estão ligadas.

 

 

 

MONTAGEM

O diagrama completo da chave biestável de toque é mostrado na figura 5.

 

Diagrama do biestável de toque.
Diagrama do biestável de toque.

 

Na figura 6 damos uma aplicação completa em que é incluída a etapa com relé. Evidentemente, dependendo da aplicação esta parte do circuito deve ser modificada.

 

 

Placa de circuito impresso do biestável de toque.
Placa de circuito impresso do biestável de toque.

 

 

Os sensores consistem em duas chapinhas de metal em base isolante (pode ser feito em placa de circuito impresso) com uma separação da ordem de 1 mm de modo que possam ser tocadas ao mesmo tempo com o dedo.

A ligação ao circuito deve ser curta ou então blindada, pois o circuito é muito sensível e ruídos captados pelo fio podem provocar seu disparo errático.

Também é importante manter sempre os sensores limpos e secos. Sujeira e umidade podem provocar o disparo errático do circuito.

A alimentação do circuito deve ser feita obrigatoriamente por bateria ou fonte de alimentação com transformador de isolamento. Nunca use o circuito com fontes sem transformador já que isso tornará possível choques em quem tocar no sensor.

 

 

PROVA E USO

Para provar o circuito, basta ligar a alimentação e tocar alternadamente nos sensores para verificar se os contactos estão abrindo e fechando da forma esperada.

Comprovado o funcionamento é só fazer a instalação definitiva do controle e usá-lo.

 

Semicondutores:

CI-1 - 4066 - circuito integrado CMOS - 4 chaves analógico/digitais

Q1 - BC548 - transistor NPN de uso geral

D1 - 1N4148 - diodo de silício de uso geral


Resistores: (1/8 W, 5%)

R1, R2 - 4,7 M?

R3, R4 - 10 k?

R5 - 2,2 k?


Diversos:

X1, X2 - Sensores - ver texto

K1 - Relé sensível de acordo com a tensão de alimentação do circuito

Placa de circuito impresso, fonte de alimentação (ver texto), fios, solda, caixa para montagem, etc.

 

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