Com este sensacional circuito de efeitos luminosos ligado à saída de seu amplificador estereofônico você fará dois conjuntos de lâmpadas piscar, acompanhando o ritmo da música. Trata-se portanto de um circuito que reúne os efeitos das luzes estroboscópicas com as luzes rítmicas operando em versão estereofônica! Com este aparelho suas festas, reuniões ou mesmo sua sala de música terão efeitos especiais somente comparados às discotecas profissionais.
Os circuitos que produzem efeitos luminosos para operação em conjunto com equipamentos de som são sempre uma atração, não só para os que costumam dar festas, bailes ou possuem conjuntos musicais como para os que simplesmente desejam "incrementar" sua sala O circuito que descrevemos reúne num único equipamento três efeitos importantes que, normalmente só são conseguidos com aparelhos separados. Temos um conjunto de lâmpadas piscando alternadamente com lâmpadas de duas cores, obtendo-se com isso uma mudança constante de cores da iluminação ambiente como primeiro efeito. A velocidade com que essas lâmpadas piscam, por outro lado permite o efeito estroboscópico, como segundo efeito, e finalmente a freqüência das piscadas dessas lâmpadas pode ser alterada no mesmo ritmo da música executada como uma luz rítmica, obtendo-se então o terceiro efeito.
O circuito que apresentamos com a utilização de componentes comuns permite que uma potência de até 800 W de lâmpadas seja controlada em 110 V, e uma potência de até 1 600 W em 220 V.
Todos os componentes são de obtenção muito fácil e baixo custo, de modo que não é preciso conhecer muito de eletrônica para sua execução. Na realidade, basta seguir as instruções à risca e utilizar os componentes recomendados.
Observamos também que o funcionamento do circuito é totalmente independente do amplificador de áudio com o qual deverá operar e que nenhuma modificação será necessária no mesmo. A potência exigida pelo circuito para operar a partir do amplificador é extremamente baixa, da ordem de fração de watt o que significa que nenhuma potência de som será "roubada" quando ligarmos este circuito a sua saída (figura 1).
COMO FUNCIONA
Para analisar o funcionamento deste aparelho, em primeiro lugar faremos algumas considerações sobre os efeitos obtidos para depois explicarmos como esses efeitos são obtidos.
Fundamentalmente o que este circuito faz é piscar alternadamente dois conjuntos de luzes coloridas de modo que a frequência das piscadas se altere em função da intensidade do som obtido.
Temos então duas séries de lâmpadas ligadas a sua saída, sendo cada série formada por lâmpadas de cores diferentes num total de até 400 W (rede de 110 V) ou 800 W (rede de 220 V). A entrada do circuito será ligada aos terminais de saída do amplificador de áudio, os mesmos terminais em que é feita a ligação das caixas acústicas as quais não precisam ser retiradas para esta finalidade. A ligação é feita, portanto, em paralelo, conforme mostra a figura 2.
Observe o leitor que a alimentação para as lâmpadas não vem do amplificador, mas sim da rede. O amplificador simplesmente "controla" o acendimento dessas lâmpadas.
O funcionamento obtido será o seguinte:
Quando o amplificador se encontra no mínimo de volume, ou desligado, as lâmpadas piscam alternadamente numa frequência que pode ser ajustada entre 2 Hz e 5Hz (entre 2 e 5 piscadas por segundo).
Ao aumentar o volume do amplificador a duração das piscadas diminui, o que significa que a frequência das piscadas aumenta.
Sem sinal de entrada, as lâmpadas piscam simetricamente, isto é, o tempo de acendimento das lâmpadas de cada conjunto é o mesmo o que pode ser representado pelo gráfico de figura 3.
O tempo de acendimento (período) de cada conjunto de lâmpadas é controlado pelo sinal de áudio de um canal do amplificador o que quer dizer que, se houver um sinal de áudio somente no canal direito, o conjunto de lâmpadas da direita altera o tempo de duração de seus pulsos de luz piscando mais rapidamente ou mais lentamente. O mesmo acontece com o conjunto de lâmpadas da esquerda se o sinal aparecer no canal esquerdo (figura 4).
Se os sinais estiverem presentes nos dois canais a alteração do tempo de piscadas dos dois conjuntos de lâmpadas será simultânea o que será traduzido por uma variação na frequência do conjunto.
Com uma música sendo executada normalmente por meio do amplificador, as variações de intensidade de som dos dois canais numa gravação estereofôníca, por exemplo, provocará então variações rápidas de frequência dos dois conjuntos de lâmpadas. Como as lâmpadas são coloridas teremos então uma mudança rápida de iluminação, e ao mesmo tempo, pelas piscadas o efeito estroboscópico que constitui-se na "aparente interrupção do movimento das pessoas" que parecem andar ou dançar aos "pulinhos".
Veja o leitor que, quando o conjunto não estiver ligado ao amplificador ainda assim teremos as piscadas das lâmpadas o que significa que os efeitos não são interrompidos quando houver troca de músicas ou nos intervalos. Por outro lado, sem ligar ao amplificador o leitor pode usar o circuito simplesmente como luz estroboscópica ou ainda alterar a freqüência do oscilador para se obter um pisca-pisca.
Para completar, usamos dois LEDs no painel do aparelho que piscam simultaneamente com as cargas servindo não só para monitorar o seu funcionamento como para ajuste sem as lâmpadas.
ANÁLISE DO CIRCUITO
Para facilitar a análise do funcionamento do equipamento completo damos um diagrama de blocos em que são representadas as diferentes etapas analisadas (figura 5).
No centro temos um bloco que representa um multivibrador astável que é responsável pelo sinal que excita as lâmpadas. Esse multivibrador é controlado em sua frequência por dois circuitos de entrada que são representados por dois blocos, A e B, ligados a saída do amplificador O multivibrador por sua vez controla dois circuitos de potência que são responsáveis pelo controle das lâmpadas diretamente.
Começamos por analisar o multivibrador astável cujo diagrama básico é dado na figura 6.
Neste circuito temos dois transistores os quais conduzem alternadamente a corrente, o que quer dizer que, quando um transistor se encontra conduzindo o outro se encontra cortado. Assim, neste circuito, obrigatoriamente quando tivermos sinal no coletor de um não teremos sinal no coletor do outro.
Esses transistores ficam constantemente trocando de estado o que quer dizer que podemos fazer com que cada transistor conduza corrente por apenas uma fração de segundo trocando em seguida de estado para que o outro conduza num ciclo interminável. A velocidade com que esse ciclo ocorre e que justamente determinará a frequência das piscadas das lâmpadas depende dos valores dos capacitores de base dos transistores e dos resistores de polarização de base.
Se diminuirmos os capacitores ou os resistores a freqüência aumenta o que quer dizer que cada transistor passa a conduzir por menos tempo, trocando mais rapidamente de estado.
No circuito original colocamos LEDs nos coletores de cada transistor para "monitorar" a condução alternada de cada transistor. Como queremos fazer com que a frequência varie com a intensidade de som do amplificador, ligamos à polarização de base de cada transistor do multivibrador um transformador com o qual podemos alterar o tempo de condução de cada transistor.
O sinal do amplificador altera portanto a polarização de base de cada transistor e com isso a frequência de acendimento das lâmpadas que é a frequência de operação do multivibrador.
Para que uma potência excessiva não cause problemas de sobrecarga ao circuito e para que. possamos ter um perfeito ajuste das variações de frequência das lâmpadas em função do volume de som, temos em cada transformador um ajuste de sensibilidade para o circuito.
Esse ajuste de certo modo também influi na frequência final do multivibrador.
Os capacitores que determinam a frequência do multivibrador e, portanto, a frequência das piscadas das lâmpadas podem ter valores entre 470 nF e 22 uF. O leitor que não se satisfizer com um comportamento normal do circuito tem duas opções: experimentar diversos valores de capacitores ou então dotar o circuito de uma chave comutadora de 2 pólos por diversas posições que permita fazer a troca dos capacitores.
Para um ajuste fino da frequência de operação do circuito existem dois potenciômetros adicionais ligados às bases dos transistores.
Na figura 7 temos então o circuito de entrada com o multivibrador sendo mostrados os controles com suas funções.
As saídas dos multivibradores, uma de cada transistor, são ligadas ao eletrodo de disparo de dois SCRs cada qual tendo por função controlar as piscadas de um conjunto de lâmpadas. Para uma potencia maior do que a que pode ser controlada por um único SCR, diversos deles podem ser ligados em paralelo, conforme sugere a figura 8. Esses SCRs devem ser montados em dissipadores de calor.
Os SCRs têm entre seu anodo e a rede de alimentação as lâmpadas incandescentes. Para que estes SCRs disparem é preciso que entre o catodo e a comporta (gate) seja aplicado um sinal de aproximadamente 0,6 V.
Este sinal vem justamente dos multivibradores, sendo retirado entre o coletor e o emissor de cada transistor.
Observe que mesmo sendo o multivibrador alimentado por uma baixa tensão obtida de um transformador, e os SCRs alimentados pela alta tensão da rede, entre os dois circuitos existe um isolamento completo de funcionamento, sendo o único ponto comum o de acoplamento pelos resistores de 1ok de comporta. Isso significa que as etapas osciladoras e de potência têm funcionamento independente.
As entradas de áudio também são completamente isoladas o que significa que não existe perigo algum de que sinais de altas tensões da rede possam chegar à saída do amplificador causando com isso qualquer espécie de problema.
A fonte de alimentação para o multivibrador consiste num transformador abaixador de tensão que fornece uma tensão de 6 + 6 V, a qual é retificada e filtrada.
Na verdade, esta etapa pode ser eliminada se a alimentação desta parte do circuito for feita através de pilhas, mas como já temos de fazer a ligação dos SCRs à rede de energia. Não se justifica esta economia de componentes.
Na montagem com a finalidade de isolar completamente a rede do circuito de áudio, recomenda-se o máximo de cuidado na escolha dos três transformadores que devem ser de boa qualidade. Na figura 9 temos uma maneira de se verificar o isolamento entre os enrolamentos de um transformador por meio de um multímetro comum na escala de ohms. Nesta prova deve ser lida uma resistência de pelo menos 2 M ohms para que o transformador seja considerado bom.
OS COMPONENTES
Os leitores que não tenham muita experiência em montagens eletrônicas e portanto em aquisição de componentes podem precisar de alguma orientação sobre a maneira de obtê-los já que existem casos em que equivalentes podem ser usados sem problemas, desde que, corretamente.
O SCR por exemplo é de um tipo para uso geral de 4 ampères que pode ser encontrado com diversas especificações: TlC106, MCR106, C106, IR106, etc. No final do nome do SCR vem geralmente uma indicação da tensão de operação como por exemplo -1; -2; B1, etc. Devemos em nossa montagem usar qualquer um dos tipos indicados acima para uma tensão de 200 V se a rede for de 110 V e para 400 V se a rede for de 220 V. Esse SCR deverá ser montado num irradiador de calor conforme sugere a figura 10.
O transformador T1 pode ser de qualquer tipo que forneça uma tensão de 6 + 6 V em seu secundário com corrente a partir de 250 mA, o que significa que correntes maiores que essa podem ser utilizadas. No caso, o importante é apenas a tensão, já que o consumo de corrente do circuito multivibrador é relativamente baixo.
T2 e T3 são transformadores de saída do tipo utilizado em rádios a válvula com uma impedância de primário de 2,5 à 5k, e secundário de 8 ohms. O leitor pode adquirir esses transformadores simplesmente pedindo por "um transformador de saída para válvula 6V6 ou 6AQ5".
Os LEDs podem ser de qualquer tipo já que sua finalidade neste circuito é apenas servir como dispositivo indicador. Os LEDs vermelhos são os mais baratos, mas se o leitor quiser sofisticar sua montagem poderá usar um de cada cor.
Os transistores utilizados no projeto original são do tipo BC548 mas são muitos os equivalentes deste que podem ser usados sem problemas. Entre eles citamos os BC107, BC238, BC237, BC108, BC546, etc.
Os diodos D1 à D4 podem ser de qualquer tipo para retificação cujas características sejam: tensão de 50 V e corrente de 1 A. Os 1N4001, 1N4002, 1N4004, BY127 são alguns dos tipos que podem ser usados.
Os potenciômetros P1 e P2 podem ser tanto do tipo logarítmico como linear, não sendo inclusive seu valor crítico. A utilização de potenciômetros de 4,7k ou 22k não resultará em muitas diferenças de funcionamento a não ser em relação ao ponto exato de ajuste de funcionamento.
Os potenciômetros P3 e P4 também não são críticos.
Os capacitores eletrolíticos normalmente tem uma capacitância expressa em uF (microfarads) e uma tensão de operação em Volts. No nosso projeto, apenas o valor da capacitância é crítico, devendo ser mantido. A tensão em volts que especificamos é um valor mínimo o que quer dizer que capacitores para tensões maiores podem ser usados sem problemas.
A única observação a ser feita neste caso é que, para tensões maiores os capacitores têm tamanhos maiores o que significa que isso deverá ser previsto na montagem, principalmente se for utilizada placa de circuito impresso.
Os resistores podem ser de 1/8, 1/4 ou 1/2 W. A montagem com resistores de 1/8 W é mais compacta, pois estes componentes são menores. A placa de circuito impresso é projetada para receber resistores de 1/8 ou 1/4 W.
O fusível F1 instalado num suporte apropriado deve ter uma corrente de acordo com a quantidade de lâmpadas a ser ligada no aparelho. Para operação normal um fusível de 10 ampères será o recomendado.
MONTAGEM
Existem duas possibilidades para se realizar a montagem deste aparelho: em placa de circuito impresso ou em ponte de terminais.
Em placa de circuito impresso se obtém melhor aparência, montagem mais reduzida e com isso maior confiabilidade. Entretanto, neste caso o leitor deverá ter o material necessário à confecção de placas, ou seja: percloreto, símbolos auto-adesivos, furadeira para placa, tanque para o banho corrosivo, etc.
Para os principiantes que não tenham muitos recursos em sua bancada a montagem recomendada é em ponte de terminais. Se bem que a aparência obtida para o aparelho neste caso não seja das melhores, como não se trata de circuito crítico seu funcionamento será perfeito, e uma vez instalado em caixa apropriada não há o que temer.
Para esta versão tudo que o leitor necessitará de ferramentas será de um soldador de pequena potência (máximo 30 W), solda de boa qualidade, alicate de corte lateral, alicate de ponta, e chaves de fenda.
O material para elaboração da caixa que alojará o aparelho não é previsto nesta lista. A caixa poderá ser de madeira, plástico, etc. Se for usada caixa de metal máximo de cuidado deve ser tomado na montagem em relação a possibilidade de partes não isoladas do circuito fazerem contacto com a mesma. Uma sugestão consiste em se montar a ponte sobre uma base de madeira e depois fixar-se essa base de madeira no interior da caixa, conforme sugere a figura 11.
O diagrama completo das luzes estroborrítmicas é. dado na figura 12.
Na montagem procure sempre conferir as ligações por este desenho, visando com isso familiarizar-se com a simbologia adotada.
Na figura 13 temos o desenho para a versão em ponte de terminais.
Na figura 14 temos a placa de circuito impresso tanto do lado cobreado como do lado dos componentes.
Para a montagem em placa de circuito impresso sua fixação na caixa deve ser feita por meio de 4 parafusos com separadores. Esses separadores são pedaços de tubos de plástico, como por exemplo o de canetas esferográficas usadas. (figura 15)
São os seguintes os cuidados a serem tomados na montagem:
Comece a montagem soldando os transistores em posição correta. Observe que para o tipo recomendado, o lado achatado deve ficar voltado para cima. Se forem usados equivalentes de invólucros diferentes, procure a pinagem num datasheet.
Na soldagem dos SCRs, observe também a posição desses componentes, observando a figura 16.
Os diodos semicondutores, de D1 a D4 tem também posição certa para serem ligados. No caso dos diodos "1N" o anel pintado no corpo do mesmo indica seu catodo que deve ir ligado ao gate do SCR ou então no caso de D1 e D2 ao capacitor eletrolítico C1. No caso de ser usado o BY 126 ou BY 127, oriente-se pelo símbolo pintado em seu corpo.
Os capacitores eletrolíticos têm polaridade certa para serem ligados. Na montagem em ponte podem ser usados os tipos de terminais axiais ou paralelos, mas na montagem em placa de circuito impresso, recomenda-se a utilização de capacitores de terminais paralelos.
Os diodos emissores de luz (LEDs) têm também posição certa para serem ligados. O lado achatado do invólucro corresponde ao seu catodo ficando o mesmo em conexão com os coletores dos dois transistores.
O transformador T1 tem um enrolamento primário de fio de capa plástica, geralmente 3, dois dos quais apenas são utilizados: marrom e preto se a rede for de 110 V e preto e vermelho se a rede for de 220 V.
O secundário deste transformador é de fio esmaltado os quais devem ser raspados nos locais em que forem soldados. Em alguns casos a identificação das tensões dos enrolamentos é feita por uma marcação direta no corpo do componente.
Os resistores na montagem em ponte podem ser de qualquer tipo, enquanto que na versão em placa de resistores somente de 1/8 e ¼ W. Podem ser sados resistores de 10% ou 20% de tolerância. Na soldagem evite o excesso de calor, e tome cuidado para não se enganar em seus valores que são dados pelos anéis coloridos em seu corpo.
As interligações na ponte de terminais e as ligações aos componentes afastados como os LEDs, potenciômetros, chaves e transformadores podem ser feitas por meio de fios de capa plástica, rígidos ou flexíveis. No caso dos LEDs e dos potenciômetros podem ser usados fios finos de capa plástica, enquanto que no caso dos fios que vão dos SCRs à tomada devem ser do tipo grosso (16 ou 18 AWG) já que a potência a ser controlada é maior.
O caso de alimentação assim como os fios de ligação ao interruptor geral e ao fusível devem ser também de tipo mais grosso em vista da corrente que têm de suportar.
O interruptor geral, de preferência deve ser do tipo para elevadas correntes (10 ampères) já que este controlará toda apetência das lâmpadas.
Os fios de entrada de som não precisam ser grossos e os fios de conexão à saída do amplificador não precisam ser blindados. Pode ser usado fio duplo comum de duas cores.
Da saída para as lâmpadas os fios usados devem estar aptos a suportar a corrente exigida pelo circuito. Na figura 17 temos a maneira de se fazer a ligação de duas séries separadas de lâmpadas para instalação em lados opostos da sala.
Na figura 18 temos uma sugestão para um sistema "alternante" de lâmpadas de duas cores. Para o nosso circuito sugerimos usar 10 lâmpadas de 40 W em cada série se a rede for de 110 V e 20 lâmpadas em cada série se a rede for de 220 V (Esses são valores máximos suportados por cada SCR).
Os transformadores podem ser fixados diretamente na caixa de montagem, enquanto que na parte frontal da mesma teremos os potenciômetros de controle, os LEDs e a chave que liga e desliga a unidade. E entrada de som, as saídas para as lâmpadas e o cabo de alimentação ficam na parte posterior da caixa.
Completada a montagem e conferidas todas as ligações antes de realizar a prova de funcionamento e instalar definitivamente o circuito em sua caixa, veja se nenhuma ligação está solta ou se existem curto-circuitos entre terminais ou fios.
PROVA E USO
Coloque o fusível no suporte e antes de provar o circuito com lâmpadas em sua saída faça uma verificação do funcionamento do multivibrador. Para esta finalidade ligue a unidade e ajuste os potenciômetros de controle de frequência de modo que os LEDs pisquem alternadamente.
Se o multivibrador não funcionar o que será caracterizado pela ausência de pulsações dos LEDs ou por sua permanência acesa, faça uma verificação das tensões do circuito utilizando para esta finalidade um multímetro. No diagrama temos os valores das tensões que devem ser encontradas.
Especificamente meça a tensão nos coletores dos transistores, em suas bases, em C1 e nos dois terminais dos LEDs. Se notar anormalidade troque os componentes mais próximos do ponto em que a observar, ou então verifique seu estado.
Com o multivibrador oscilando você pode provar o funcionamento das etapas de potência. Desligue o aparelho e em cada saída ligue uma lâmpada de 40 a 100 W.
Ligue novamente a unidade. As duas lâmpadas deverão piscar alternadamente no mesmo ritmo que o LED.
Se uma das lâmpadas permanecer somente acesa, ou as duas, desligue momentaneamente (com a fonte de alimentação desligada) o resistor de comporta do SCR correspondente (R7 para a lâmpada do canal A ou R8 para a lâmpada do canal B). Se as lâmpadas ainda acenderem quando agora religarmos o aparelho é porque o SCR se encontra em curto devendo ser substituído.
Se as duas lâmpadas permanecerem apagadas mesmo com os LEDs piscando e com as ligações de R7 e R8 feitas, meça as tensões no seu anodo e no seu catodo na escala de corrente alternada do multímetro.
Se a tensão medida for a da rede (figura 19) e as lâmpadas ainda continuarem sem acender é porque o SCR se encontra aberto devendo, portanto, ser substituído.
Comprovado o funcionamento do circuito o leitor pode definitivamente instalá-lo na caixa. A prova com sinal de áudio poderá então ser feita ligando-se à saída dos alto-falantes à entrada de áudio das luzes stroborrítmicas.
Coloque o amplificador a médio volume e ajuste a sensibilidade do aparelho para que as lâmpadas passem a ter variações no ritmo das piscadas acompanhando a música. Um retoque nos controles de freqüência permitirá encontrar o ponto ideal de funcionamento.
Com o tempo o leitor aprenderá a fazer o ajuste dos controles de modo a obter o melhor funcionamento.
Para alterar a frequência das piscadas em outra faixa de valores podem ser trocados os valores dos capacitores C2 e C3. A faixa de valores recomendados está entre 2,2 uF e 500 uF (470).
Para usar o conjunto simplesmente como luzes estroboscópicas basta desligar a conexão do aparelho com a saída de áudio do amplificador.
Q1, Q2 - BC548, BC238 ou equivalentes - transistores
SCR1, SCR2 - C106, MCR106, TlC106, lR106 - Diodos controlados de silício para 200 V se a rede for de 1 10 V e para 400 V se a rede for de 220 V. (Montados em dissipadores)
LED1, LED2 – LEDs comuns - diodos emissores de luz vermelhos
D1, D2, D3, D4 - 1N4001 ou equivalentes
T1 - Transformador de alimentação. Primário de acordo com a rede e secundário de 6 + 6 V por 250 mA ou mais.
T2, T3 - Transformadores de saída para válvulas (ver texto)
R1, R2 - 470 ohms x 1/8 W - resistor (amarelo, violeta, marrom)
R3, R4 - 22 k ohms x 1/8 W - resistor (vermelho, vermelho, laranja)
R5, R6 - 22 ohms x l W - resistor (vermelho, vermelho, preto)
R7, R8 - 22 k ohms x 1/8 W - resistor (vermelho, vermelho, laranja)
P1, P2 - Potenciômetros de 100 k linear ou log
P3, P4 - Potenciômetros de fio de 50 ohms
C1, C2 - 1 uF ou 2,2 uF - capacitores (ver texto)
C5 - 470 uF x 12 V - capacitor eletrolítico
C3, C4 - 47 nF - capacitor de poliéster (amarelo, violeta, laranja)
F1 - Fusível para 5 A (220 V) ou 10 A (220 V)
Diversos: pontes de terminais, placas de circuito impresso, fios, solda, caixa para o conjunto, knobs para os potenciômetros, parafusos e porcas, jaques de entrada, tomadas para saída das lâmpadas, cabo de alimentação, suporte para fusível, dissipadores para os SCRs, etc.
