O projeto que apresentamos é ideal para cursos técnicos pois serve para demonstrar o princípio de funcionamento de sensores de temperatura e com alterações pode até ser usado para transmissão remota desta grandeza, interfaceando com um frequencímetro ou mesmo com um PC. O que este circuito faz é gerar um sinal de áudio cuja frequência depende da temperatura de um sensor. O circuito pode ser alimentado com tensões de 5 a 12 Volts o que o torna ideal para aplicações em que se utilizem pilhas ou bateria.
Um circuito que converte uma temperatura num sinal de baixa frequência, pode ter muitas utilidades práticas além de servir para aplicações didáticas.
Evidentemente, a aplicação que sugerimos no início do texto é justamente para demonstrar a dependência da corrente de fuga de um diodo comum (usado como sensor) em relação à temperatura de sua junção. Esta demonstração pode ser bastante interessante em uma feira de eletrônica ou como trabalho para cursos técnicos.
Uma segunda aplicação possível é como alarme ou monitor remoto de temperatura onde uma mudança de tom no sinal gerado pode servir para indicar um sobrequecimento ou mesmo princípio de incêndio.
Finalmente temos a possibilidade de se converter diretamente a frequência do sinal gerado em uma temperatura o que pode ser feito tanto com o próprio ajuste do circuito e sua leitura num frequencímetro, como a partir de uma interface que jogue o sinal gerado a um PC.
Com tensões de alimentação na faixa dos 5 aos 6 volts o transistor usado na saída de áudio pode ser o BC548, mas para tensões maiores, dada a maior potência exigida, devemos usar o TIP31 ou BD135 dotado de um pequeno radiador de calor.
Características:
* Faixa de tensões de alimentação: 5 a 12 volts
* Corrente drenada: 30 a 500 mA (conforme tensão)
* Faixa de temperaturas do sensor: -20 a +120 graus centígrados (tip)
* Frequência do sinal de saída: 100 Hz a 5 000 Hz (tip)
COMO FUNCIONA
Um circuito integrado 555 é ligado como oscilador (astável) onde a frequência depende de C1, de R2 e também da resistência apresentada entre o coletor e o emissor do transistor Q1.
No circuito de base deste transistor ligamos então o sensor que consiste num diodo de silício comum polarizado no sentido inverso.
Desta forma, a corrente de fuga do diodo vai polarizar o transistor no sentido de fazer variar a sua resistência entre coletor e emissor.
Ocorre que a resistência entre o anodo e catodo do diodo depende justamente da temperatura da junção. Há uma boa linearidade nesta correspondência o que torna os diodos de silício componentes bastante apropriados para funcionar como sensores de temperatura em termômetros eletrônicos.
Desta forma, a corrente que circula pelo diodo será tanto maior quanto maior for a temperatura de sua junção e com isso a resistência entre coletor e emissor do transistor será tanto menor quanto maior a temperatura do diodo.
Ora, a frequência do oscilador depende justamente desta resistência, aumentando quando ela diminui. Assim, a frequência do sinal gerado aumenta numa proporção quase que linear com o aumento da temperatura do sensor.
Para obter maior sensibilidade neste circuito podemos fazer com que tenhamos variações maiores da resistência entre o coletor e o emissor do transistor com a corrente de fuga do diodo. Isso pode ser conseguido com o uso de um transistor Darlington em lugar de um transistor comum, conforme mostra a figura 1.
O transistor sugerido é o BC517 mas equivalentes podem ser usados inclusive dois transistores comuns NPN de uso geral ligados como Darlington.
Alterações de outros componentes neste setor, como C1, podem levar o circuito a produção de outras faixas de frequência conforme a temperatura do sensor.
A forma de onda na saída do circuito integrado (pino 2) é retangular com um valor próximo da tensão usada na alimentação.
Este sinal pode ser usado diretamente para excitar um frequencímetro ou qualquer outro circuito digital assim como a etapa de potência de áudio para excitação do alto-falante. Com alimentação de 5V este circuito pode interfacear diretamente uma entrada serial de um PC.
Com uma alimentação de 5 ou 6V podemos usar um transistor NPN de uso geral para acionar o alto-falante. No entanto, com maior tensão devemos usar um transistor de média potência.
MONTAGEM
Na figura 2 temos o diagrama completo do oscilador controlado por temperatura.
A disposição dos componentes para uma montagem numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.
Os resistores são de 1/8W ou maiores e o capacitor C1 tanto pode ser de poliéster como cerâmico. O capacitor C2 é um eletrolítico para uma tensão de trabalho um pouco maior que a usada na alimentação.
Como sensor, podemos usar qualquer diodo de silício de uso geral. Tipos sugeridos são os 1N4148, 1N914, BA315, etc. O outra possibilidade de sensor consiste em se usar a junção base emissor de um transistor de uso geral, polarizando-a no sentido inverso.
PROVA E USO
A prova de funcionamento é simples: basta ligar a alimentação do aparelho. Ele deve produzir um tom de baixa frequência ou mesmo estalidos no alto-falante, dependendo do valor de C1.
Se segurarmos o sensor entre os dedos ou o aproximarmos (sem encostar) da ponta aquecida de um solador, à medida que a temperatura subir o tom emitido deve mudar tornando-se mais agudo.
Afastando o sensor da fonte de calor o tom deve novamente ter sua frequência diminuída.
Alterações na frequência do som podem ser obtidas com a troca de R2 e C1. Lembramos apenas que R2 não deve ser menor que 1 k ?.
Comprovado o funcionamento é só usar o aparelho.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
CI-1 - 555 - circuito integrado, timer
Q1, Q2 - BC548 ou equivalente - transistores NPN de uso geral
D1 - 1N4148 ou equivalente - diodo de uso geral
Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 1 k ? R2 - 22 k ? R3 - 10 k ?
Capacitores:
C1 - 47 nF - cerâmico ou poliéster
C2 - 100 uF/16V - eletrolítico
Diversos:
FTE - 4/8 ? x 10 cm - alto-falante
Placa de circuito impresso, soquete para o circuito integrado, caixa para montagem, fonte ou pilhas, fios, solda, etc.
