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Ohmímetro Econômico com Amplificador Operacional (INS293)

Um instrumento econômico que utiliza como indicadores dois LEDs, pode medir com precisão aceitável resistências na faixa dos 100 Ω até mais de 1 MΩ. O único componente ativo deste projeto é um amplificador operacional de baixíssimo custo. Se você ainda não possui um multímetro ou deseja montar um instrumento adicional para medida de resistências, eis aqui um projeto que pode lhe interessar.

O que descrevemos neste artigo é uma econômica ponte de medida de resistência, ela utiliza um amplificador operacional como comparador de tensão.

Dependendo dos componentes ligados a ponte, e que podem ser selecionados por uma chave comutadora, podemos ler resistências na faixa de 100 Ω até 1 MΩ ou mais.

A alimentação do circuito é feita com tensão de 9 ou 12 volts.

Ele é econômico pelo fato de usar um par de LEDs indicadores em lugar do caro galvanômetro dos instrumentos de medida convencionais.

Como se trata de instrumento muito simples e de baixo custo, recomendamos sua montagem aos estudantes e iniciantes que desejam ter um meio seguro de medir resistências na faixa de valores indicada.

O projeto também tem uma finalidade didática, pois pode ser considerado um aplicativo imediato para os amplificadores operacionais usados como comparadores de tensão.

Suas características são:

Tensão de alimentação: 9 a 12 V CC

Consumo de correntes: 30 mA (tip)

Faixa de resistências medidas: 100 Ω, 1k Ω 10 k Ω, 100 k Ω e 1M Ω.

 

COMO FUNCIONA

Um amplificador operacional 741 ê ligado como comparador de tensão.

Nesta configuração temos em sua saída dois LEDs que são ligados em oposição e um divisor de tensão que nos permite obter metade da tensão de alimentação (dois resistores de 1k Ω).

Assim, temos as seguintes possibilidades em relação às tensões aplicadas às entradas.

Se a tensão aplicada à entrada inversora (pino 2) for igual à tensão aplicada à entrada não inversora (pino 3), a saída do amplificador operacional será metade da tensão de alimentação ou 0 V da referência.

Nestas condições, nenhum dos LEDs acende e temos a condição de equilíbrio do circuito.

Se a tensão da entrada não inversora (+ ) for maior que a da entrada inversora (~) então a tensão da saída se aproximará da tensão positiva de alimentação.

Nestas condições o LED comum, com o anodo na saída do amplificador operacional e catodo no divisor (LED 2), acenderá, ficando o outro apagado.

Se a tensão da entrada não inversora (+) for menor que a da entrada inversora (-) então a tensão se aproximará da tensão negativa (0 V) e o LED1 acenderá, ficando o outro apagado.

Podemos então fazer uma interessante ponte nas entradas para permitir a medida de resistências: através de uma chave selecionamos um resistor de 10 k Ω ou 100 k Ω que em conjunto com um resistor de 10 k Ω determinará uma tensão de referência de metade ou 0,099 da tensão de alimentação.

Desta forma, com o resistor desconhecido (Rx) e o potenciômetro P1 fazemos um segundo divisor, cuja finalidade é fornecer a mesma tensão de referência.

Calibrando o potenciômetro apropriadamente podemos ler diretamente em sua escala a resistência que está sendo medida.

Um exemplo: colocando a chave para que tenhamos dois resistores de 10 k Ω ligados à entrada de referência, para haver equilíbrio no comparador é preciso que Rx e o potenciômetro P1 tenham a mesma relação de valores, ou seja, tenham o mesmo valor.

Assim, se Rx for de 100 k Ω, o potenciômetro equilibrará o circuito apagando os dois LEDs quando estiver com 1/10 de seu giro, ou seja, apresentar também uma resistência de 100 k Ω.

Se a chave estiver na posição em que o resistor de 100 k Ω e o de 10 k Ω formem o divisor, a proporção de P1 e Rx que resulta no equilíbrio do comparador será de 10 para 1.

Isso quer dizer que, com um resistor Rx de 10 kΩ, o potenciômetro o equilibrará quando apresentar 100 kΩ.

Com a utilização de cálculos proporcionais simples, podemos facilmente dividir a escala do potenciômetro conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – Escala calculada
Figura 1 – Escala calculada

 

Temos também a possibilidade de utilizar uma chave de mais posições ampliando assim o alcance do instrumento.

Com um resistor adicional de 1 kΩ no divisor de referência temos o alcance ampliado para 1 MΩ, e com um resistor de 1 ohm temos uma escala de baixas resistências com fundo de 1 kΩ.

A alimentação deste circuito não precisa ser simétrica.

Observamos que a definição exata do ponto de apagamento dos LEDs depende do ganho do amplificador operacional.

Se o ganho for baixo, o que se consegue com forte realimentação negativa, a transição será lenta e a definição do ponto será baixa.

Já, se for muito alto, a definição será boa, mas será difícil ajustar o ponto exato em que ocorre a transição de um LED para outro aceso (figura 2).

 

   Figura 2 – Influência do ganho
Figura 2 – Influência do ganho

 

Conseguimos experimentalmente um com ganho com 1 M para boa definição, mas você pode alterar o resistor caso assim desejar.

Este resistor e o que vai ligado do pino 6 de saída a entrada inversora, pino 2.

 

MONTAGEM

O diagrama completo do instrumento e mostrado na figura 3.

 

   Figura 3 – Diagrama do aparelho
Figura 3 – Diagrama do aparelho

 

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso e mostrada na figura 4.

 

Figura 4 – Placa para a montagem
Figura 4 – Placa para a montagem

 

Esta é uma montagem feita em placa universal, que serve também como disposição para matriz de contatos, caso o projeto tenha finalidade didática.

Neste circuito, existem alguns componentes importantes para a precisão das medidas.

Se você puder utilizar resistores de 1% para R1, R2 e R3 esta será a precisão aparelho.

No entanto, existe um meio mais econômico de se obter uma boa precisão, utilizando resistores comuns de 10 ou 20 % o de tolerância.

Pegue um lote de resistores de 10 k Ω e encontre um par que tenha o mesmo valor medido num multímetro comum de boa precisão, por exemplo, dois resistores que tenham o mesmo desvio do valor original: 9,5 k Ω.

Depois, num lote de resistores de 100 k Ω encontre um que também tenha o mesmo desvio, ou seja, 95 k Ω.

Desta forma a precisão do divisor será mantida, e teremos leituras bem próximas da ideal com o nosso instrumento.

O potenciômetro P1 deve ser linear, e a escala pode ser feita conforme a indicada na figura 1.

Os resistores são todos para 1/8 W e o capacitor eletrolítico tem tensão de trabalho de 16 V.

Os LEDs são vermelhos comuns e o operacional 741 deve ser montado num soquete DlL, caso você queira protegê-lo ou facilitar sua troca.

Para a alimentação existem diversas possibilidades.

Uma delas consiste no uso de uma bateria de 9 V. Como o consumo de corrente é relativamente baixo e o uso do instrumento é intermitente, esta fonte de energia terá boa durabilidade.

Outra possibilidade consiste no uso de 8 pilhas pequenas, montadas em dois suportes de 4 e ligados em série.

Se bem que tenha maior durabilidade, esta fonte de energia não permite montagem tão compacta.

Finalmente temos a possibilidade de utilizar uma fonte simples, que é mostrada na figura 5.

 

Figura 5 – Fonte simples para o aparelho
Figura 5 – Fonte simples para o aparelho

 

Como a precisão do aparelho não depende da tensão de alimentação, a fonte não precisa ser estabilizada.

O transformador tem primário de 110 V ou 220 V, conforme a rede local e secundário de 7,5 + 7,5 V ou 9 + 9 V com corrente entre 50 e 250 mA.

 

PROVA E USO

Basta ligar o aparelho, depois de colocar as pilhas no suporte ou ativar a fonte.

Um dos LEDs deve acender, estando as pontas de prova separadas.

Ligue um resistor de valor conhecido às pontas (para facilitar esta operação você pode prender garras jacaré às pontas, conforme mostra a figura 6).

 

  Figura 6 – Usando garras
Figura 6 – Usando garras

 

 

A chave S2 deve ser colocada na posição que permite a leitura deste resistor.

Girando lentamente P1 deve ocorrer em determinado instante o apagamento de um LED e acendimento do outro.

Ajuste com muito cuidado neste ponto o potenciômetro para que os dois leds fiquem apagados.

Teremos então na escala do potenciômetro o valor do resistor medido.

A precisão também dependerá da escala do potenciômetro e de sua tolerância.

Comprovado o funcionamento do instrumento é só usá-lo.

Obs.: colocando-se P1 numa posição de resistência em torno de 100 k Ω o instrumento pode ser usado como sensível indicador de continuidade: as resistências menores que 100 k Ω farão com que um LED acenda, e as maiores manterão o outro aceso, já que ao ligar o aparelho teremos uma resistência infinita entre as pontas, estando as mesmas separadas.

Outros valores podem ser ajustados no potenciômetro para indicações de resistências maiores ou menores.

 

CI1 - 741 - circuito integrado - amplificador operacional

LED1, LED2 - LEDs vermelhos comuns

S1 - interruptor simples

S2 - chave de 1 pólo x 2 posições

B1 - 9 ou 12 V - bateria, pilhas ou fonte

P1 - 1 M Ω potenciômetro linear

R1, R3 - 10 k Ω - resistores (marrom, preto, laranja)

R2 – 100 k Ω - resistor (marrom, preto, amarelo)

R4 - 1 M Ω - resistor (marrom, preto, verde)

R5, R6 – 1k Ω - resistores (marrom, preto, vermelho)

PP1, PP2 - Pontas de prova, vermelha e preta

Diversos: placa de circuito impresso universal, suporte para pilhas ou conector de bateria, caixa para montagem, fios, solda, etc.

 

 

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N° do componente 

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Opinião

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Estamos chegando ao final de mais um ano de muito trabalho. Não temos que nos queixar de nossas realizações. Fizemos muito e constatamos que temos ainda muito mais por fazer. Os 365 dias de 2019 não foram suficientes para colocarmos em prática todas as nossas ideias, muitas das quais ficaram para o próximo ano.

 

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