Descrevemos um aparelho especialmente projetado para a excitação de nervos de modo inofensivo para ser usado em laboratórios de biologia, psicologia ou ciências, e mesmo para demonstrações em aulas. Os professores e estudantes terão neste aparelho os recursos dos excitadores profissionais.
Nota: artigo de 1977
Os impulsos enviados pelos órgãos dos sentidos ao cérebro e os impulsos que o cérebro envia aos órgãos efetores em resposta, são de natureza elétrica. Tensões de algumas dezenas de milivolts são responsáveis por tudo o que sentimos e por todas as nossas reações. É claro pois, que qualquer diferença de potencial (ddp) aplicada externamente possa interferir no nosso sistema nervoso, tanto nos estímulos que são enviados ao cérebro como nos estímulos que o cérebro envia para os órgãos efetores.
O perigo do choque elétrico pode ser justamente explicado por esta "interferência" provocada em nosso organismo. Em alguns casos, por exemplo o choque não só causa a sensação de dor, como também pode inibir a reações que nos livra do perigo. Em suma, o cérebro pode enviar aos órgãos efetores o impulso que nos faz retirar a mão do fio que está causando o choque, mas este impulso não chega até lá por sofrer interferência da corrente que está sendo responsável pelo choque. A pessoa nessa situação se sente "presa" ao local que lhe causa o choque não podendo sozinha se livrar do perigo. (figura 1)
No laboratório as tensões controladas dentro de certos limites podem ser utilizadas para uma análise do comportamento do sistema nervoso de uma cobaia ou mesmo de um paciente. No caso de um paciente pode-se verificar sua sensibilidade ao choque e suas reações, enquanto que no caso de cobaias o aparelho pode ser usado como "castigo" nas experiências de condicionamento. Podemos também citar a clássica experiência de Galvani com a qual se demonstra a sensibilidade elétrica do sistema nervoso realizada com uma á. (figura 2)
Conforme a intensidade do estímulo, sua duração e frequência, a sensação causada ou os efeitos obtidos podem variar, de modo que um aparelho que possua os recursos de poder fornecer diferentes tipos de estímulos sempre será melhor que um aparelho que simplesmente "dê choques".
É claro que, considerando-se que os estímulos de maior intensidade podem ser perigosos se aplicados indevidamente, o aparelho nessas condições deve ser controlado somente por pessoa habilitada.
O estimulador ou excitador de nervos que descrevemos permite a obtenção de três tipos de estímulos os quais ainda podem ser controlados tanto em frequência como em intensidade.
O primeiro tipo de estímulo consiste simplesmente numa corrente alternada cuja frequência pode variar entre 5 ou 10 Hertz até mais de 5000 Hertz. Essa corrente cuja forma de onda é mostrada na figura 3 causará a sensação de "formigamento" numa pessoa que segura os eletrodos, com a intensidade ajustada para um pouco além do limiar da excitação.
O segundo tipo de estímulo consiste em pulsos de curta duração, isolados os quais podem ser controlados em intensidade e também em separação, isto é, o intervalo entre os pulsos pode ser ajustado de modo a termos de 2 ou 3 por segundo até um em cada 20 segundos ou mais. A figura 4 mostra a forma de onda obtida neste caso.
O terceiro tipo de estímulo consiste em pulsos prolongados (ou amortecidos) de duração relativamente curta, conforme mostra a figura 5.
Neste sinal, por um intervalo entre 0,1 e 0,5 segundos são produzidas oscilações amortecidas cuja intensidade e intervalo também podem ser controlados pelo operador.
A amplitude do sinal na saída pode ser ajustada desde O Volt até um máximo de 200 Volts. Como a corrente é bastante limitada pelas características do circuito, o perigo que o aparelho apresenta, mesmo em vista da tensão elevada é pequeno. De qualquer maneira, as devidas precauções devem ser tomadas com seu uso, devendo ser exclusivamente manuseado por pessoa habilitada.
Se bem que o circuito possa ser usado com finalidades profissionais ou para a pesquisa, sua montagem é bastante simples pelo número de componentes que utiliza e bastante acessível pelo seu custo e pela facilidade com que podem ser obtidos.
Assim, acreditamos que mesmo pessoas não ligadas à eletrônica como por exemplo médicos, estudantes, acompanhando as instruções dadas não terão dificuldades em realizar sua montagem.
COMO FUNCIONA
Para produzir as excitações a partir de uma fonte de corrente contínua (pilhas ou conversor) utiliza-se um circuito oscilador do tipo Hartley. Deste modo, a base do circuito do excitador é um conversor capaz de transformar uma baixa tensão contínua vinda de pilhas ou conversor, numa alta tensão pulsante ou alternada capaz de produzir as excitações desejadas. (figura 6).
O oscilador Hartley típico consta de um único transistor, como mostra a figura 7 no qual a frequência das oscilações que ele produz depende fundamentalmente de dois fatores: do circuito ressonante formado pelo capacitor C e pela bobina L, e da realimentação de sinal que é enviada à base do transistor.
Essa realimentação é que mantém o circuito em oscilação. O controle da frequência dos estímulos no excitador será justamente feito pela realimentação.
Na prática precisamos de um oscilador com características especiais. Além de termos de gerar sinais de diversos tipos, temos de ter uma potência relativamente elevada de saída.
A primeira exigência é satisfatória com a utilização de um circuito adicional que colocando um resistor e um capacitor no circuito modifica suas condições de realimentação. Com o capacitor de grande valor no circuito, temos a produção de pulsos intervalados de curta duração, e com a colocação do resistor em série com esse mesmo capacitor, temos um prolongamento na duração do pulso. (figura 8)
Quanto maior for o valor do capacitor, mais intervalados serão os pulsos, estando as condições de estabilidade do circuito limitadas em 1000 µF. Quanto maior for o valor do resistor em série com este capacitor, maior será a duração dos pulsos produzidos, estando seu valor limitado em 1 k.
A chave utilizada no circuito tem uma terceira posição livre em que o circuito opera de modo normal produzindo um sinal contínuo.
O controle da frequência para qualquer das três condições de funcionamento é feito por meio de um potenciômetro que controla a realimentação de sinal para a base do transistor.
A segunda exigência, de potência, é conseguida por meio de uma etapa Darlington (figura 9) em que dois transistores são usados. Um primeiro transistor é de potência com a finalidade de fornecer uma boa saída, enquanto um transistor menor o excita. Com este recurso pode-se ter uma gama de valores de frequência maior, com o uso de componentes convencionais.
A bobina que determina basicamente o rendimento do aparelho e, portanto, sua faixa de frequências de operação consiste no primário do transformador. Trata-se de um transformador do tipo usado em fontes de alimentação com um primário de 220/110 Volts e um secundário de 6 + 6 Volts.
Com este transformador se os pulsos induzidos no primário forem de 6 Volts, teremos no secundário uma tensão de saída de 220 V. Perceba o leitor que enquanto numa fonte normal este transformador trabalha abaixando a tensão de 220 ou 110 para 6 V, no nosso circuito ele operará “ao contrário," isto é, elevando a tensão para perto de 200 V.
O circuito poderá ser alimentado tanto por pilhas comuns como por uma fonte de corrente contínua convencional.
MONTAGEM
Como o circuito é bastante simples, os componentes do circuito básico, transistores, capacitores e resistores podem ser fixados numa ponte de terminais. A lâmpada neon e os controles assim como os terminais de saída podem ser fixados no painel frontal da própria caixa que alojará o aparelho. (figura 10)
Sugerimos para a montagem do aparelho uma caixa plástica ou metálica. No caso da caixa metálica, esta pode ter o seu painel frontal de madeira plástica.
Como ferramentas para esta montagem tudo que o leitor necessitará será de um ferro de soldar de pequena potência (30 watts no máximo), um alicate de corte, um alicate de ponta e uma chave de fenda. Deve ser previsto o material necessário à preparação da caixa, como por exemplo furadeira, serra, etc.
Se o leitor optar por uma fonte externa pode prever uma tomada para sua ligação. Para o caso de uma fonte para ligar o aparelho na rede esta também pode ser instalada no interior da caixa que aloja o aparelho. Espaço para esta finalidade deve então ser previsto.
Para a montagem damos o diagrama completo na figura 11, e a disposição dos componentes na ponte de terminais e painel frontal na figura 12.
O diagrama da fonte de alimentação (eliminador de pilhas) é dado na figura 13 e a sua montagem em painel ou ponte de terminais na figura 14.
Comece a montagem preparando a ponte de terminais. Solde então os transistores atentando para sua posição. O máximo de cuidado deve ser tomado para que calor excessivo não afete estes componentes.
Em seguida, solde os capacitores e o resistor, observando para o caso do capacitor eletrolítico, sua polaridade.
Fixe os controles no painel frontal (potenciômetros e chave), os terminais de saída e a lâmpada neon. Essa lâmpada neon pode ser mantida na posição desejada com um pouco de cola na parte posterior. Ela servirá para indicar os pulsos de saída e, portanto, o funcionamento do aparelho. Fixe a ponte de terminais.
Passe em seguida a soldagem dos fios que fazem as interligações entre os componentes da ponte e os controles. Esses fios devem ser os mais curtos possíveis.
O último componente a ser fixado e ter seus terminais ligados ao circuito é o transformador. Esse transformador pode ser fixado na parte inferior da caixa e seus fios de ligação devem ser isolados nas conexões com fita isolante.
A fonte de alimentação (transformador, diodos e capacitor) pode ser fixada no fundo da caixa. Se forem usadas pilhas, o suporte de pilhas será fixado no mesmo local. Observe que no caso da utilização de pilhas ou fonte externa, o interruptor conjugado ao potenciômetro liga e desliga a baixa tensão, enquanto que no caso do uso de uma fonte com transformador interna, o interruptor deve desligar a alta tensão da tomada (figura 15).
Os eletrodos são conectados ao estimulador por meio de pinos do tipo banana. Para facilitar são usados pinos de cores diferentes, um vermelho e um preto.
PROVA E USO
Terminada a montagem, se tudo estiver em ordem após conferidas as ligações, ligue o aparelho.
Faça a conexão de um eletrodo nos terminais correspondentes, que podem ser por exemplo dois pregos isolados e ligue a unidade. Mantenha os eletrodos separados. Com a chave na posição 1, gire o potenciômetro de controle de frequência, verificando se a lâmpada permanece acesa continuamente. Isso indicará uma saída de corrente alternada de frequência variável. Com a chave na posição 2 a lâmpada deve piscar alternadamente havendo um controle da sua frequência no potenciômetro correspondente. Na posição 3 teremos o mesmo efeito visual, se bem que na realidade os pulsos tenham uma duração maior.
Agora, coloque o potenciômetro de controle de intensidade no seu mínimo e segure entre os dedos os eletrodos.
Coloque a chave seletora na posição 2 (pulsos) e vagarosamente vá girando para a direita o controle de intensidade dos estímulos até sentir os seus efeitos que primeiramente consistirão em uma simples sensação de picada até eventualmente se tornarem "soquinhos- que podem ser desagradáveis. O aparelho estará pronto para ser usado.
LISTA DE MATERIAL
Q1 - BD 136 - transistor de potência
PNP ou equivalente
Q2 - BC 307 ou equivalente - transistor PNP
C1 - 100 µF x 12 V - capacitor eletrolítico
C2 - 250 µF x 12 V - capacitor eletrolítico
C3 - 0,05 ou 0,047 µF - capacitor à óleo ou poliéster
C4 - 1,5 µF - capacitor de poliéster (marrom, verde, verde)
R1 - 10 kΩ x 1/2 W- resistor (marrom, preto laranja)
R2 - 100 kΩ potenciômetro linear
R3 - 560 ohms x 1/2 W - resistor de carvão (verde, azul, vermelho)
R4 - 220 kΩ x 1/2w- resistor (vermelho, vermelho, amarelo)
R5- 22 kΩ- potenciômetro linear com chave
T1 — transformador de alimentação: primário 110/220 V, secundário de 6 + 6
V x 250 mA até 600 mA.
S1 - chave comutadora de 1 polo x 3 posições
NE - lâmpada neon comum
Diversos: jaques isolados vermelho e preto, ponte de terminais, fios, solda, caixa para o aparelho, eletrodos, botões para os controles, etc.
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