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Coletânea de Sirenes (ART2020)

Existem muitas ocasiões em que circuitos capazes de produzir sons potentes precisam ser usados. Podemos citar como exemplos os alarmes, sistemas de aviso ou chamada, sistemas de efeitos sonoros para espetáculos ou desfiles e muitos outros. É claro que para cada aplicação pode ser necessário um tipo de som, e as possibilidades que a eletrônica oferece neste campo são ilimitadas. É por esse motivo que as sirenes ou sistemas de efeitos sonoros podem ser encontrados em grande quantidade no nosso site.

Que circuito escolher é um problema, principalmente quando estão espalhados por muitas revistas que devem ser consultadas.

Neste artigo focalizamos um conjunto de sistemas de produção de sons que podem ser facilmente experimentados numa matriz de contatos antes de se fazer a escolha.

Basicamente, uma sirene é um oscilador que pode ou não ser modulado manualmente ou por um segundo oscilador. O processo de modulação e a freqüência do oscilador determinam o tipo de som que será produzido, e a partir dai temos dezenas de opções para um projeto.

Os osciladores mais utilizados nestes projetos são os que utilizam dois transistores complementares, um transistor unijunção ou então um integrado dedicado, no caso o famoso 555, conforme as configurações mostradas na figura 1.

 

Figura 1 – Osciladores comuns para sirenes
Figura 1 – Osciladores comuns para sirenes

 

Os três circuitos possuem sinais cujas freqüências não só cobrem toda a faixa de áudio como também podem operar lentamente para fazer a modulação.

No entanto, as potências destes osciladores variam bastante, o que significa que eventualmente precisamos usar amplificadores adicionais para excitar um alto-falante ou outro tipo de transdutor.

Assim, no caso do unijunção, a potência é muito baixa, consistindo em pulsos de pequena intensidade que não servem para excitar com bom rendimento um alto-falante.

No caso do 555, a excitação que obtemos é relativamente pequena, já que a impedância de saída deste componente está em torno de 100 ohms e sua corrente máxima é de 200 mA.

Já o oscilador com dois transistores complementares tem uma potência maior e, com alimentação de 12 V ou mais, pode excitar com alguns watts ate um alto-falante de bom rendimento.

Existem diversas possibilidades para amplificação do sinal destes osciladores e que são usadas em projetos de sirene.

Para o caso de um 555 podemos usar um ou dois transistores amplificadores, como mostra a figura 2.

 

Figura 2 – Etapas de potência para o 555
Figura 2 – Etapas de potência para o 555

 

Estes circuitos podem fornecer de algumas centenas de miliwatts a alguns watts, dependendo da tensão de alimentação.

Como seu rendimento não e muito alto, ternos uma boa parte da potência convertida em calor, o que exige dissipadores para os transistores.

É claro que amplificadores mais eficientes podem ser usados como, por exemplo, os que utilizam de potentes integrados.

Como muitas destas sirenes prevêem alimentação com 6 ou 12 V, os circuitos sugeridos são para estas tensões.

Na figura 3 temos uma etapa de potência de alto-rendimento em ponte, que permite excitar com grande eficiência um alto-falante pesado a partir de 12 V.

 

Figura 3 – Etapa de potência integrada
Figura 3 – Etapa de potência integrada

 

O integrado deve ser dotado de um bom radiador de calor, e os resistores são de 1/8 ou 1/4 W. Os capacitores eletrolíticos são para 16 V ou mais se a alimentação for de 12 V. Um fusível de proteção de 3 ou 4 A deve ser previsto na entrada.

Passamos agora à coletânea de sirenes.

 

CIRCUITO 1

Este circuito já incorpora a etapa de amplificação, pois o oscilador é do tipo de potência, que pode excitar com até alguns watts um alto-falante pesado.

O transistor de saída pode ser o TIP32 ou BD136, que deve ser dotado de radiador de calor. A modulação é do tipo manual.

Na figura 4 temos o diagrama esquemático.

 

   Figura 4 – Sirene manual de dois transistores
Figura 4 – Sirene manual de dois transistores

 

Apertando-se o interruptor de pressão S1, o capacitor C1 carrega-se lentamente, polarizando assim o oscilador, que inicia a operação com som grave e vai se tornando suavemente mais agudo.

Quando o interruptor de pressão é solto, o capacitor se descarrega e o som passa suavemente de agudo para grave até parar.

O capacitor C2, de realimentação do circuito, determina a freqüência média do som, juntamente com os resistores de carga e descarga.

Dependendo da aplicação, os resistores podem ser substituídos por trimpots de 100 k ohms em série com resistores de 10 k ohms, e o capacitor pode ter valores entre 22 nF e 100 nF.

Da mesma forma podemos alterar o tempo de subida e descida do som, ou seja, o efeito de modulação, com a utilização de capacitores eletrolíticos par0a C1 na faixa de 22 u a 220 uF.

 

CIRCUITO 2

O mesmo oscilador básico de áudio da versão anterior pode ser modulado automaticamente por um oscilador de relaxação com transistor unijunção.

Temos então o circuito da figura 5, que pode operar satisfatoriamente com tensões de 6 a 12 V e, com a utilização de transistores potentes para Q4 (como um TIP32 ou mesmo TIP42), até mesmo com tensões, mais altas, de 15 ou 18 V.

 

   Figura 5 – sirene automática com unijunção
Figura 5 – sirene automática com unijunção

 

Este circuito possui dois ajustes: em P1 temos a velocidade ou freqüência da modulação.

Variações diferentes das obtidas na faixa projetada podem ser obtidas com a troca de C2.

Os resistores são todos de 1/8 ou 1/4 W, e os capacitores eletrolíticos têm tensões de trabalho que dependem da alimentação. O capacitor C3 pode ser de poliéster ou cerâmico, e dele depende a faixa de variação do tom, ajustada em P2.

Eventualmente este capacitor pode ser alterado na faixa de 22 nF até 220 nF, lembrando que os valores mais altos produzem os sons mais graves.

O alto-falante deve ter bom rendimento, ser pesado, com 4 ou 8 ohms de impedância e pelo menos 10 cm de diâmetro.

 

CIRCUITO 3

Este circuito é de uma sirene com modulação manual que, em lugar de excitar um alto-falante, excita buzzers piezoelétricos de alto-rendimento ou mesmo tweeters piezoelétricos (sem o transformador interno).

Na figura 6 temos o diagrama completo desta sirene.

 

   Figura 6 – Sirene com transdutores piezoelétricos
Figura 6 – Sirene com transdutores piezoelétricos

 

A utilização de um transformador permite que se obtenha um sinal de tensão elevada capaz de proporcionar muito maior rendimento para os transdutores indicados.

O transformador tem enrolamento primário de 110/220 V e secundário de 6 + 6 V, com correntes de 100 a 250 mA. O ajuste do efeito é obtido no trimpot de 100 k ohms.

Quando pressionamos S1 o capacitor C1 carrega-se, o que leva o oscilador a entrar em funcionamento com a produção de um som cada vez mais agudo.

Quando soltamos S1 o capacitor descarrega-se e o som toma-se cada vez mais grave até parar completamente.

Os capacitores C1 e C2 são eletrolíticos para tensões um pouco maiores que as usadas na alimentação, e C3 e pode ser tanto p de poliéster como cerâmico.

O valor de C3 pode ser alterado na faixa de 22 nF a 220 nF, de modo a se encontrar aquele que proporcione uma faixa de variações coincidente com a que o transdutor usado tenha máximo rendimento.

 

CIRCUITO 4

Nosso quarto circuito utiliza integrados 555 e uma etapa de amplificação com transistores, conforme podemos observar pelo diagrama da figura 7.

 

Figura 7 – Circuito com dois 555
Figura 7 – Circuito com dois 555

 

 

O integrado CI1 funciona como um astável bem lento, que e responsável pela modulação, controlando a operação do segundo integrado (C12), que é um astável responsável pela produção do sinal de áudio.

No primeiro caso a freqüência de modulação é fixa, determinada por R1, R2 e C1, mas nada impede que seja utilizado um trimpot de 100 k ohms, em série com um resistor de 10 k ohms, em lugar de R1 ou R2 e assim possamos justar esse efeito.

Para o segundo oscilador, que produz o tom de áudio, temos um ajuste feito em P1.

Veja que o sinal produzido é um som intermitente de freqüência fixa, semelhante a um bip, o que é diferente das sirenes até agora descritas, em que temos variações tonais. A modulação, neste caso, é feita pela interrupção do som.

A saída de áudio modulada por interrupções é aplicada a uma etapa amplificadora com dois transistores.

O primeiro, um BC547, funciona como driver, e o segundo como saída de potência, excitando diretamente um alto-falante de bom rendimento.

Para o caso do 2N3055, que tem boa potência, a carga pode ser de 2 ohms, obtendo-se com isso maior potência, principalmente no caso da alimentação com 12 V.

Tanto o TIP42 como o 2N3055 devem ser montados num bom radiador de calor.

Os resistores são todos de 1/8 ou 1/4 W e os capacitores eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho de acordo com a alimentação. C2 pode ser alterado na faixa de 10 nF ,até 47 nF, caso seja preciso gerar sons mais graves.

 

CIRCUITO 5

Excitando buzzers temos o circuito da figura 8, que possui um modulador por interrupção, com um 555 e um oscilador de áudio com dois transistores ligados a um transformador, para elevar a tensão do sinal e com isso a impedância, para maior rendimento.

 

   Figura 8 – Sirene modulada com o 555
Figura 8 – Sirene modulada com o 555 | Clique na imagem para ampliar |

 

 

Este circuito gera um tom único interrompido em intervalos regulares.

Podemos ajustar o trimpot P1 para que a freqüência média do som sem o capacitor C3 seja a que dê maior rendimento para o transdutor.

No entanto, com o acréscimo de C3 podemos ter uma modulação em freqüência. A profundidade da modulação depende tanto do valor de C3 como do ajuste de P1.

Este circuito é de menor potência, sendo alimentado com uma tensão de 6 V, que pode ser obtida de 4 pilhas pequenas, médias ou grandes.

O transformador enrolamento primário para tensões de 110/220 V e secundário de 6 + 6 V com correntes entre 100 e 250 mA.

Veja que foram ligados dois buzzers, mas nada impede que o enrolamento de 110 V seja usado sozinho, excitando apenas um buzzer.

Os resistores são todos de 1/8 ou 1/4 W e os eletrolíticos para 6 V ou mais.

O capacitor C4 pode ter valores na faixa de 22 a 100 nF e ser tanto do tipo cerâmico como poliéster.

Para uma alimentação com 12 V sugerimos a troca de Q2 por um TIP32 com radiador de calor, mas deve ser verificada a tensão máxima admitida no buzzer empregado.

 

 

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