Mini Laboratório de Experiências (ART2892)

Um único circuito capaz de fazer 9 ou mais coisas diferentes! Se você está achando muito é porque não conhece as possibilidades deste mini laboratório de experiências.

Mudando apenas as ligações de uma ponte de terminais e trocando alguns poucos componentes você pode fazer de um único aparelho muitos outros, como osciladores de áudio, provadores de componentes, sirene, metrônomo, foto-oscilador, etc. Trata-se de uma montagem ideal para quem está começando agora suas realizações em matéria de eletrônica.

De que modo um único circuito pode ser usado para fazer coisas diferentes? Para os leitores que sabem que os circuitos são projetados com finalidades definidas, pensar num único aparelho fazendo 9 coisas diferentes não é fácil.

Entretanto, o que procuramos mostrar com este projeto é que isso além de ser perfeitamente possível, ainda abre a possibilidade do leitor encontrar outras aplicações para o mesmo aparelho.

O que damos neste artigo é um minilaboratório de experiências, um circuito básico a partir do qual, com a troca de alguns componentes externos feita numa ponte de terminais e a realização de ligações nesta mesma ponte, pode-se obter diversas funções.

Um único circuito pode então funcionar como:

1. Oscilador de áudio (para a prática de telegrafia, como alarme ou injetor de sinais).

2. Metrônomo (para marcar o compasso musical ou ainda para produzir pulsos de temporização).

3. Provador de continuidade (para a prova de componentes, como resistores, transformadores, diodos, etc.).

4. Foto oscilador (para produzir sons e partir da luz, servindo para medir sua intensidade).

5. Sirene (com a produção de sons variáveis para alarmes ou avisos).

6. Foto-alarme (que dispara com o corte da luz ou sua ausência, servindo para proteção de sua casa).

7. Oscilador químico (para você realizar uma interessante experiência de eletroquímica).

8. Excitador de nervos (para você brincar ou usar no laboratório de biologia).

9. Provador de capacitores (para você verificar o estado dos capacitores que você usa em seus projetos).

E, veja que o leitor, com sua imaginação e conhecimento, pode facilmente "descobrir" novas aplicações para este circuito. Trata-se sem dúvida de uma montagem que não só terá uma finalidade didática, como também recreativa, já que o leitor aprenderá brincando.

COMO FUNCIONA

A base deste Minilaboratório é um oscilador, cujo diagrama básico é mostrado na figura 1.

Figura 1

Este oscilador leva dois transistores complementares (um NPN e um PNP), ligados de modo a formar um amplificador. O coletor do primeiro é ligado à base do segundo, num sistema de acoplamento direto.

O sinal aplicado à base do primeiro transistor, depois de amplificado, é retirado do seu coletor, sendo levado à base do segundo. Retirado do coletor do segundo, o sinal vai à carga, que no caso é um alto-falante.

Parte do sinal de saída, entretanto, volta à base do primeiro transistor para realimentá-lo e assim serem produzidas as oscilações.

Temos então a produção de um sinal contínuo, cuja frequência depende de dois fatores: do capacitor do circuito de realimentação e do potenciômetro que ajusta a polarização do primeiro transistor.

Trocando então de capacitores e ainda intercalando no circuito de polarização de base elementos sensores, podemos obter deste oscilador diversos comportamentos, que o levam às aplicações descritas no artigo.

Assim, se o capacitor for grande teremos pulsos lentos que caracterizam o metrônomo. Colocando um sensor de luz em série com o potenciômetro podemos fazê-lo emitir sons segundo a luz ambiente (figura 2).

Figura 2

Ligando pontas de provas em locais apropriados, podemos fazer o circuito oscilar segundo as condições de elementos externos em prova, e ainda dispará-lo com a produção de efeitos especiais.

Um LED ligado em série com o segundo transistor nos permite ainda efeitos luminosos paralelamente aos efeitos sonoros.

Muito simples de montar, este circuito funciona com apenas 6 V, que podem ser obtidos de 4 pilhas pequenas.

OS COMPONENTES

Começamos pela base de montagem, que pode ser de madeira, segundo a figura 3, facilitando assim as conexões externas que devem ser realizadas nas experiências, assim como seu transporte. Uma caixa de madeira pequena também pode ser usada.

Figura 3

Com relação aos componentes usados são as seguintes as observações a serem feitas:

Os transistores são de uso geral, um NPN de silício, que pode ser o BC548 ou seus equivalentes, como o BC237, BC238 ou BC547, e o outro PNP de silício, que pode ser o BC558 ou seus equivalentes, como o BC557, BC307 ou BC308.

O LED é vermelho de uso geral comum. Os resistores também são comuns de 1/8 ou 1/4W, com os valores indicados.

Temos um capacitor de 47 uF x 12V ou mais, e um potenciômetro de 1M, que pode ser conseguido com facilidade.

Como elementos externos temos duas pontas de prova, que podem ser confeccionadas com pregos comuns, conforme mostra a figura 4; um capacitor de 100 à 470 uF: outro de 47 uF e finalmente um terceiro de 22 nF. Um LDR e um alto-falante completam o material básico.

Figura 4

Como elementos acessórios temos uma ponte de terminais com parafusos, um suporte para 4 pilhas pequenas, knob para o potenciômetro, fios e solda. O interruptor geral S1 pode ser separado ou então conjugado ao potenciômetro P1.

O chassi é uma ponte de 7 terminais, comum.

MONTAGEM

Comece a montagem preparando a caixa de madeira que serve de chassi ou a base, conforme o indicado na parte referente aos componentes. Fixe as pontes de terminais, o potenciômetro, o interruptor geral e o suporte das pilhas. Para este último você pode usar,uma braçadeira ou um pedaço de arame.

O circuito completo é mostrado na figura 5 e a disposição dos componentes na ponte de terminais, assim como suas ligações na ponte de parafusos são mostrados na figura 6.

Figura 5

Figura 6

Os principais cuidados que devem ser tomados durante a montagem são os seguintes:

a) Solde primeiro os transistores, observando em primeiro lugar o seu tipo, já que os dois não são intercambiáveis, e em segundo lugar a posição. Na soldagem dos transistores seja rápido, pois eles são sensíveis ao calor.

b) Solde em seguida o LED, observando a sua polaridade, ou seja, a posição do lado achatado de seu invólucro. Se este componente for invertido o aparelho não funcionará.

c) O capacitor C1 é o próximo componente a ser soldado. Este componente tem polaridade, o que significa que deve ser observada a posição do sinal (+) e (-) em seu invólucro.

d) Solde os resistores R1 e R2, ligando-os entre as pontes de terminais segundo mostra a figura. Veja que seus valores são dados pelos anéis coloridos.

e) Faça as interligações entre as pontes, usando para esta finalidade pedaços de fio com capa plástica.

f) Ligue o potenciômetro, observando a posição dos fios para que ele não funcione "ao contrário". Use fios não muito longos para esta ligação.

g) Ligue o suporte das pilhas, observando sua polaridade e também o interruptor geral S1.

PREPARAÇÃO DOS ELEMENTOS EXTERNOS

Os elementos externos devem ser preparados para poderem ser mais facilmente ligados à ponte de terminais com parafuso.

Para esta finalidade, conforme mostra a figura 7, prepararemos os seguintes elementos:

Figura 7

a) 3 pedaços de fio com terminais abertos em seus extremos.

b) 1 alto-falante de 8 ohms x 5 cm com fios e terminais abertos para ligação.

c) duas pontas de prova com terminais abertos.

d) capacitores e LDR, sendo o LDR montado numa base e tendo fios de ligação com terminais abertos.

Com tudo isso, podemos passar diretamente às experiências, já que a primeira delas serve para comprovar o funcionamento do oscilador do laboratório.

1. OSCILADOR DE ÁUDIO

Para fazer um oscilador de áudio, que produzirá sinais altos e audíveis, devemos seguir o circuito mostrado na figura 8, que resultará então nas ligações dadas na figura 9.

Figura 8

Figura 9

Estas ligações são:

1. Ligue o alto-falante entre os terminais 5 e 6.

2. Ligue o capacitor de 22 nF entre os terminais 4 e 5.

3. Interligue com um fio os terminais 1 e 2.

4.

Feitas as ligações proceda do seguinte modo:

a) Ligue o interruptor S1.

b) Ajuste o potenciômetro até obter o som desejado. Veja que este potenciômetro controla a tonalidade do som.

c) Se quiser, experimente outros capacitores entre os terminais 4 e 5. Experimente capacitores entre 10 nF e 220 nF. Veja como eles influem na frequência do som.

Para praticar telegrafia você pode ligar o manipulador entre os terminais 1 e 2. Veja que o LED ficará aceso durante o funcionamento deste oscilador.

Obs.: se ele não funcionar verifique: a posição do LED, a ligação dos transistores, a polaridade e o estado das pilhas. Veja também o alto-falante, se não está ruim.

2. METRÓNOMO

Este circuito produzirá pulsos intervalados e até mesmo o pipocar de um barco a motor ou moto. Você pode usá-lo para marcar o compasso musical ou então como efeito especial de moto ou barco.

O circuito é o mostrado na figura 10 e as ligações são as mostradas na figura 11.

Figura 10

Figura 11

Estas ligações são:

1. Alto-falante entre os terminais 5 e 6.

2. Capacitor eletrolítico de 47 uF ou maior entre os terminais 4 e 5.

3. Interligue os terminais 1 e 2.

O procedimento para colocar em funcionamento é o seguinte:

a) Acione S1.

b) Ajuste o potenciômetro P1 para obter o som desejado. Ele controla a velocidade dos impulsos.

c) Experimente capacitores de diversos valores, se quiser mudar o comportamento do aparelho.

3. PROVADOR DE CONTINUIDADE

Com esta configuração do minilaboratório, você pode provar circuitos e componentes com grande eficiência. Trata-se de um circuito que produzirá sons, cuja frequência depende do circuito ou componente que está sendo provado. Se houver continuidade haverá som, se não houver o oscilador permanecerá em silêncio.

O circuito nesta configuração é o mostrado na figura 12 e as ligações são as mostradas na figura 13.

Figura 12

Figura 13

Essas ligações são:

1. Alto-falante entre os terminais 5 e 6.

2. Capacitor de 22 nF entre os terminais 4 e 5.

3. Ponta de prova vermelha no pino 1.

4. Ponta de prova preta no pino 2.

O procedimento para colocar em funcionamento é o seguinte:

a) Acione o interruptor S1 para ligar o aparelho.

b) Encoste uma ponta de prova na outra e ajuste o potenciômetro P1 até obter o som mais grave, ou seja , o máximo para a direita que você conseguir com a emissão de som.

c) Encoste as pontas de prova nos componentes que quiser provar.

Os resultados são:

Resistores - som conforme a resistência - mais agudo para resistências mais altas.

Bobinas e transformadores - sons graves se estiverem bons.

Diodos - som grave na polarização direta e agudo ou sem som na inversa.

Alto-falantes e fones - sons graves.

Capacitores - som variável para os de grande valor. Para os demais não há emissão de som.

Transistores - som grave na polarização direta das junções.

4. FOTO-OSCILADOR

Nesta experiência você pode verificar de que modo funciona um LDR e como a resistência deste componente influi na frequência de um oscilador. Como aplicação prática você terá um fotômetro, que permite avaliar a intensidade da luz de um local pelo som emitido.

O circuito para esta experiência é mostrado na figura 14 e as ligações na ponte de terminais na figura 15.

Figura 14

Figura 15

Essas ligações são:

1. Ligue o alto-falante entre os terminais 5 e 6.

2. Ligue o capacitor de 22 nF aos terminais 4 e 5.

3. Ligue o LDR entre os terminais 1 e 2.

O procedimento para colocar em funcionamento o circuito é:

a) Acione S1 ligando a alimentação.

b) Faca sombra sobre o LDR e ajuste o potenciômetro P1 para obter o som mais grave possível.

c) Deixe incidir luz sobre o LDR e ajuste P1 se necessário. Deve haver emissão de som.

d) Conforme o tamanho da sombra ou a intensidade de luz no LDR, teremos emissão de sons diferentes.

Faca experiências suplementares ligando o LDR entre os terminais 1 e 3.

Você também pode ter um metrônomo controlado pela luz, trocando o capacitor de 22 nF por um de 47 nF ou maior. O ajuste será ainda feito em P1.

5. SIRENE

Com esta experiência você produzirá em seu minilaboratório um som semelhante ao de uma sirene de fábrica, com variações de tom que dependem dos componentes usados e do ajuste do potenciômetro.

O aparelho pode ser usado como dispositivo de chamada ou ainda para efeitos sonoros.

O circuito para esta experiência é mostrado na figura 16 e as ligações na ponte de parafusos na figura 17.

Figura 16

Figura 17

Essas ligações são:

1. Ponta de prova no terminal 1.

2. Capacitor de 100 uF à 470 uF nos terminais 2 e 6.

3. Alto-falante nos terminais 5 e 6.

4. Capacitor de 22 nF nos terminais 4 e 5.

O procedimento para fazer funcionar a sirene é:

a) Ligue o interruptor geral S1.

b) Encoste a ponta de prova no terminal 2 e ajuste o som, para ser agudo, no potenciômetro P1.

c) Desencoste a ponta de prova do terminal 2 e veja como o som cai gradativamente de frequência, imitando uma sirene.

O tempo de queda depende do capacitor ligado entre os pinos 2 e 6, assim como do ajuste de Pi. A tonalidade do som obtido também pode ser modificada pela troca do capacitor de 22 nF. Você pode experimentar capacitores de 10 nF até 220 nF.

Como variação para esta experiência, você pode ligar o capacitor eletrolítico entre os terminais 3 e 6.

6. FOTO-ALARME

Nesta experiência temos a ação da sombra sobre um LDR, fazendo disparar o circuito com a emissão de som. Esta configuração pode ser usada como alarme. A passagem de um intruso, interrompendo a luz que incide no LDR, fará com que o circuito dispare, emitindo som.

O circuito para esta experiência é mostrado na figura 18 e as ligações na ponte de parafusos na figura 19.

Figura 18

Figura 19

Essas ligações são:

1. Interligue os terminais 1 e 2 com um pedaço de fio.

2. Ligue o alto-falante entre os terminais 5 e 6.

3. Ligue um capacitor de 22 nF entre os terminais 4 e 5.

4. Ligue o LDR entre os terminais 3 e 6.

O procedimento para colocar em funcionamento é o seguinte:

a) Acione o interruptor S1 , que estabelece a alimentação do circuito.

b) Faça sombra sobre o LDR e ajuste o potenciômetro para obter um som agudo.

c) Ilumine o LDR. O oscilador deve parar de emitir som. Fazendo novamente sombra, ele deve ser acionado. O ponto ideal de ajuste para o disparo com determinada sombra é feito em P1.

O leitor pode modificar o comportamento do circuito, alterando o valor do capacitor ligado entre os terminais 4 e 5. Este capacitor pode ter valores entre 10 nF e 10 uF.

7. OSCILADOR QUÍMICO

Você pode verificar a condutividade de soluções e mesmo demonstrar que água com sal, ácido ou base, conduzem intensamente a corrente elétrica, nesta experiência. Nesta experiência pode-se também usar um sensor de umidade, transformando o aparelho em alarme de chuva ou umidade.

O circuito para esta experiência é mostrado na figura 20 e as ligações na ponte na figura 21.

Figura 20

Figura 21

Essas ligações são:

1. Um fio de 20 cm,com 5 cm de sua ponta descascada, no terminal1

2. Outro fio de 20 cm, com 5 cm de sua ponta descascada, no terminal 2.

3. Alto-falante nos terminais 5 e 6.

4. Capacitor de 20 nF nos terminais 4 e 5.

O procedimento para colocar o aparelho em funcionamento é o seguinte:

a) Coloque as pontas descascadas dos fios num copo com água destilada ou mesmo mineral comum, separadas por pelo menos 3 cm.

b) Ligue o interruptor geral S1 e ajuste o potenciômetro para não haver som ou, se houver, que seja bem agudo.

c) Jogue uma pitada de sal ou pingue uma gota de ácido no copo com água. O oscilador deve imediatamente emitir som ou alterar o som para grave, indicando a condutividade da solução.

O sensor de umidade para esta experiência pode ser feito com duas telas de arame separadas por um pedaço de papel poroso (toalha) o e um pouco de sal. As telas são ligadas aos terminais 1 e 2 da ponte.

Do mesmo modo, pode-se modificar o comportamento do aparelho com a troca do capacitor.

8. EXCITADOR DE NERVOS

Uma corrente inofensiva, mas que pode causar alguns "tremores" no leitor ou em seus amigos, é produzida por este aparelho nesta configuração, em que perto de 100V são conseguidos. O aparelho pode ser usado em experiências de biologia.

O circuito para esta experiência é mostrado na figura 22 e as ligações na ponte de terminais são dadas na figura 23.

Figura 22

Figura 23

Essas ligações são:

1. Ligue por um fio os terminais 1 e 2.

2. Coloque um capacitor de 22nF à 100 nF entre os terminais 4 e 5.

3. Ligue um transformador de saída para válvulas ou de alimentação de 6V x 110 V nos terminais 5 e 6.0 enrolamento de fio esmaltado grosso é que é ligado aos terminais 5 e 6.

4. Ligue dois fios descascados no enrolamento livre do transformador.

Para colocar o aparelho em funcionamento:

a) Acione o interruptor geral S1.

b) Segure os fios do transformador (eletrodos) com os dedos.

c) Ajuste o potenciômetro para obter a "excitação" no grau desejado.

Modificações no comportamento do aparelho podem ser obtidas com a troca do capacitor. Por exemplo, com a ligação de um eletrolítico entre 4,7 e 22 uF, obtém-se pulsos intervalados de excitação, cuja frequência será controlada pelo potenciômetro.

9. PROVADOR DE CAPACITORES

De acordo com o som emitido pelo oscilador, nesta experiência podemos saber o valor aproximado de um capacitor e se ele se encontra em boas condições. Trata-se, portanto, de um teste auditivo e visual de capacitores, pois o LED também ajudará nesta prova.

O circuito para esta experiência é mostrado na figura 24 e as ligações na ponte são dadas na figura 25.

Figura 24

Figura 25

Essas ligações são:

1. Interligue os pontos 1 e 2 da ponte.

2. Ligue a ponta de prova vermelha em 4.

3. Ligue a ponta de prova preta em 5.

4. Ligue o alto-falante nos pontos 5 e 6.

Para colocar o aparelho em funcionamento o procedimento é o seguinte:

a) Acione o interruptor geral S1.

b) Pegue um capacitor de 22nF e encoste as pontas de prova em seus terminais.

c) Ajuste o potenciômetro para haver emissão de som.

d) Encostando as pontas de prova em outros capacitores, teremos som mais agudo se eles forem menores que 22 nF e mais graves se forem maiores que 22 nF. Tomando capacitores conhecidos como padrão, podemos determinar com mais precisão os valores dos capacitores testados.