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Controle de caixa de redução por toque (MEC112)

Descrevemos um circuito que permite ajustar a velocidade de um motor de corrente contínua de caixa de redução com toques num par de sensores. Tocando num sensor a velocidade aumenta e noutro a velocidade diminui. A velocidade ajustada se mantém quando tiramos o dedo do sensor. O circuito pode ser usado em controle de automatismos, robôs, como dimmer de toque e em muitas outras aplicações.

Um circuito que possa ter sua tensão de saída ajustada em sensores de toque manifesta muitas utilidades em aplicações que envolvem o controle de motores de corrente contínua.

É o caso do circuito que descrevemos que, com o simples toque dos dedos em sensores pode-se ajustar a tensão aplicada a um motor e com isso seu torque e velocidade.

Se o motor servir para acionar algum tipo de automatismo teremos um controle preciso de velocidade com o simples toque dos dedos.

Nosso circuito é originalmente projetado para controlar motores de corrente contínua de 12 V com correntes de até 1 ampère mas modificações podem ser feitas para que ele seja usado com outros tipos de motores.

Para uma corrente maior, por exemplo, basta utilizar um regulador de tensão de maior capacidade e um transistor de potência maior. Para uma tensão diferente além do estabilizador devemos ter cuidado para que o integrado seja capaz de suportar a nova tensão máxima.

Outro ponto importante a ser ressaltado neste projeto é que a corrente no sensor é extremamente baixa o que significa total de segurança na operação. Não há qualquer perigo de choque.

 

Características:

* Tensão de saída: 0 a 12 V

* Corrente máxima de saída: 1 A

* Corrente no sensor: menor que 10 uA

* Tempo de retenção (ver texto): até 10 minutos

 

 

COMO FUNCIONA

A base do circuito é um amplificador operacional com transistor de efeito de campo JFET na entrada do tipo CA3140 ou equivalente.

A presença dos transistores de efeito de campo na etapa diferencial de entrada deste circuito integrado faz com sua resistência de entrada seja de milhares de meg?. Isso significa que praticamente nenhuma corrente circula pelos terminais de entrada quando o polarizamos.

Se ligarmos a um dos terminais de entrada deste amplificador operacional um capacitor carregado, a tensão neste capacitor pode se manter por muito tempo polarizando o circuito sem problemas. A queda de tensão que ocorre nos terminais do capacitor depende apenas da umidade ambiente (que permite que cargas escapem para o ar) e da própria qualidade do material usado como isolador neste componente.

Um capacitor de poliéster de 1 a 4,7 µF, por exemplo, pode manter a tensão por vários minutos e em alguns casos até por mais de meia hora conforme mostra a figura 1.

 

Manutenção da carga em função de fugas.
Manutenção da carga em função de fugas.

 

Este é justamente o princípio de funcionamento em que se baseia nosso projeto.

O que fazemos então é ligar um amplificador operacional como seguidor de tensão (ganho unitário) na base de dois transistores na configuração Darlington de modo a servir como referência de tensão.

Na entrada do amplificador operacional vamos ligar o capacitor C3 que vai servir de referência de tensão para o amplificador operacional e, portanto determinar a tensão aplicada ao circuito de carga pelos transistores.

A carga e descarga deste capacitor é feita com a ajuda de dois sensores com resistores de 1,5 M ? em série.

Quando tocamos no sensor X1 o capacitor carrega-se com a tensão em suas armaduras subindo. Se houver um motor ligado na saída, o toque em X1 faz com que sua velocidade aumente suavemente até o máximo determinado pelo tempo de carga de C1.

Quando tocamos em X2 o capacitor descarrega-se via R2 e com isso a velocidade do motor cai.

No momento em que tiramos o dedo do sensor a carga no capacitor se mantém e com isso a velocidade para a qual o motor foi ajustado. Esta velocidade, conforme explicamos vai se manter por tempo que depende da qualidade do capacitor e também das condições ambientes.

A tensão máxima aplicada ao motor depende da fonte que no nosso caso utiliza um regulador de tensão 7812. O leitor pode usar motores de 6 ou 9 V utilizando reguladores como o 7806 e mesmo 7808 ou 7809.

Outra possibilidade a ser considerada é a utilização do aparelho como dimmer para uma pequena lâmpada de painel no carro, por exemplo ou em outro local.

 

MONTAGEM:

Na figura 2 temos o diagrama completo de nosso controle de velocidade por toque.

 

Diagrama do controle por toque.
Diagrama do controle por toque.

 

Os componentes podem ser instalados numa pequena placa de circuito impresso com a disposição mostrada na figura 3.

 

Sugestão de placa.
Sugestão de placa.

 

O LED indicador da tensão aplicada à carga é opcional. No entanto este componente é útil se a carga (motor) estiver longe do aparelho.

O transistor Q1 deve ser instalado num radiador de calor. Equivalentes como o TIP41 podem ser usados. Também é possível substituir o par BC548/TIP31 por um Darlington de potência, com as devidas modificações do layout da placa de circuito impresso.

O diodo D3 serve para proteger o circuito contra os pulsos de alta tensão que são gerados nas escovas do motor controlado.

Para o sensor podem ser usadas duas chapinhas de metal próximas as quais devem ser tocadas simultaneamente, conforme mostra a figura 4.

 

Os sensores.
Os sensores.

 

É muito importante que a base de montagem destas plaquinhas seja um excelente isolante elétrico e que seja também mantida sempre limpa. Madeira úmida ou material que acumule umidade pode fazer com que a carga do capacitor se escoe ou ainda ocorra a passagem de uma tensão de carga do capacitor suficientemente importante para impedir que a tensão de saída ou velocidade do motor se fixe.

O capacitor deve ser de poliéster metalizado ou qualquer outro tipo com isolação excelente. O valor não é crítico podendo ficar entre os dois indicados. Os valores maiores farão com que as variações de velocidade do motor sejam mais lentas. Isso poderá ser compensado com a mudança de valores dos resistores R1 e R2.

Outro ponto importante no projeto é a qualidade do transformador de alimentação já que o circuito é conectado na rede de energia e será acionado por toque.

 

PROVA E USO

Para testar o aparelho podemos ligar na sua saída tanto um motor de corrente contínua (caixa de redução) como uma lâmpada com a tensão de acordo com a versão. Uma lâmpada de 12 V x 200 mA do tipo usado no interior de carros serve para a versão com 12 V de saída.

Ligue o circuito e se a lâmpada não acender ou o motor não girar toque no sensor X1. A tensão deve subir com a lâmpada aumentando de brilho ou o motor acelerando. Se a lâmpada já acender quando o circuito for ligado ou o motor girar, atue sobre X1 e X2 para verificar se as variações ocorrem.

Comprovado o funcionamento é só usar o aparelho.

Uma sugestão interessante de aplicação é no controle de um ventilador pequeno no carro ou ainda como luz temporizada.

Para usar como luz temporizada ligue em paralelo com o capacitor C3 um resistor de 3,3 M ? ou 4,4 M ? de modo a fazer com o seu brilho seja reduzido suavemente a partir do ponto em que fazemos o ajuste pelo toque no sensor X1.

 

 

Semicondutores:

CI-1 - CA3140 - amplificador operacional com JFET

CI-2 - 7812 - circuito integrado regulador de tensão de 12 V - ver texto para outras tensões

Q1 - TIP31 - transistor NPN de potência

Q2 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral

D1, D2, D3 - 1N4002 - diodos de silício

LED - LED vermelho comum

Resistores: (1/8 W, 5%)

R1, R2 - 1,5 M ?

R3 - 330 ?

R4 - 1 k ? (para 12 V)

Capacitores:

C1 - 1 000 µF/25 V - eletrolítico

C2 - 100 µF/16 V - eletrolítico

C3 - 1 a 4,7 µF/100 V - poliéster metalizado

Diversos:

F1 - 1 A - fusível

S1 - Interruptor geral (opcional)

s2 - Chave de tensão 110/220 V (opcional)

T1 - Transformador 110/220 V ou conforme a rede e secundário de 12+12 V x 1 A

X1, X2 - Sensores de toque - ver texto

M - Motor controlado

Placa de circuito impresso, radiador de calor para Q1, suporte de fusível, cabo de força, caixa para montagem, fios, solda, etc.

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N° do componente 

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