Interruptor Sônico (ART2674)

Você pode surpreender seus amigos com uma lâmpada que acende quando um apito mágico é soprado. O mais importante e que somente o som deste apito pode fazê-la acender como se ela reconhecesse seu som característico. Alem de curiosidade, este aparelho pode servir para algumas aplicações praticas interessantes que serão Citadas posteriormente.

Fazer uma lâmpada acender com o som de um determinado apito é sem dúvida uma proeza que pode levar seu autor a uma admiração por parte dos que não saibam que isso pode ser realizado eletronicamente com facilidade.

Neste artigo descreveremos um interessante circuito que permite o acionamento de uma lâmpada comum (ou de outro dispositivo qualquer) a partir do som de determinada frequência gerado por um apito comum.

O circuito e seletivo o que quer dizer que podemos ajustá-lo para responder a um som de determinada frequência a nossa escolha, surgindo dai a possibilidade de diversas aplicações práticas para o mesmo e diversas variações em torno do projeto original. (figura 1).

Figura 1 - Aplicações

Podemos por exemplo ajustar o circuito para responder a determinadas vogais emitidas por nós de modo a fazê-lo reconhecer esses sons e com isso acender lâmpadas. Os que quiserem poderão utilizá-lo, por exemplo, como um auxiliar no treinamento de surdos-mudos que poderão ter uma resposta visual para a emissão correta de um som.

Podemos ajustar o mesmo circuito para responder ao timbre do telefone tocando um alarme secundário remoto quando o mesmo tocar na sala ou distante do local em que estejamos.

Finalmente podemos montar diversas unidades ajustadas para frequências diferentes, ligando cada uma a uma lâmpada de cor diferente e com isso obteremos uma luz rítmica de tantos canais quanto quisermos e que será capaz inclusive de responder separadamente a diversas notas musicais para que seja ajustada.

A finalidade básica, entretanto, para o qual o circuito foi projetado é simplesmente recreativa: fazer uma lâmpada acender com o som de um apito, sendo este efeito usado em demonstrações, festas, mágicas ou feiras de ciências. (figura 2).

Figura 2 – Usando como mágica

A montagem permite diversas variações das quais, daremos pormenores no texto. O circuito básico, entretanto, é muito simples podendo ser montado com facilidade mesmo por principiantes que não precisarão para esta finalidade ter material especial ou conhecimentos profundos.

O CIRCUITO

Para fazer um circuito ser acionado por sons de uma única frequência o que utilizamos é um filtro de alta seletividade Capaz de permitir que somente sinais desta frequência sejam aplicados ao dispositivo que dispara a lâmpada.

Nosso circuito constitui-se, portanto, basicamente de um microfone que tem por função captar todos os sons ambientes e entre eles o que disparará a lâmpada, um filtro que de todos os sons captados deixa passar somente o da frequência para o qual foi ajustado e um circuito de disparo que, com o sinal vindo do filtro permite o controle da lâmpada ou outro dispositivo qualquer.

Na figura 3 é dado o diagrama de blocos do aparelho para sua versão mais simples.

Figura 3 – Diagrama de blocos

Vejamos então como funciona cada uma das partes deste circuito.

O microfone usado nesta montagem é do tipo de baixo custo, boa sensibilidade, de cristal que pode ser facilmente encontrado em qualquer casa de material eletrônico.

Este microfone consta de um diafragma de alumínio o qual é preso num pedaço de cristal (sal de Rochelle) o qual possui por propriedade gerar tensões elétricas cuja frequência e forma de onda correspondam às vibrações ao qual ele seja submetido. (figura 4).

Figura 4 – O microfone de cristal

As ondas de som incidentes no diafragma fazem portanto o mesmo vibrar e transmitir essas vibrações aos cristais sendo então sua energia convertida em corrente elétrica que pode ser aproveitada por um circuito.

Um dos problemas mais sérios dos microfones de cristal, e isso serve de advertência, é em relação a sua sensibilidade a umidade. O sal de Rochelle usado como elemento sensível dos microfones absorve a umidade e com o tempo perde suas propriedades de converter som em eletricidade. Quando isso acontece o microfone fica inutilizado, devendo sua cápsula ser substituída.

Na montagem será conveniente que a cápsula de cristal seja protegida contra a umidade com um anteparo de tecido poroso.

O circuito seguinte a ser analisado é o circuito seletivo capaz de permitir a passagem de sinais de uma única frequência.

Trata-se de um oscilador de duplo T cujo diagrama básico é mostrado na figura 5.

Figura 5 – O oscilador de duplo T

Em condições normais de realimentação de sinal, este circuito oscila numa frequência única determinada pelos valores dos capacitores e resistores do duplo T.

Se, entretanto, ajustarmos o potenciômetro no duplo T de modo que a realimentação torne-se critica, um pouco abaixo do ponto em que se inicia a oscilação só teremos uma saída de sinal do circuito quando o mesmo for excitado por uma frequência que corresponde exatamente àquele em que ele tende a oscilar.

Assim, ligando o microfone no ponto indicado, só teremos oscilações do circuito e portanto um sinal de saída quando o sinal incidente no microfone for da mesma frequência para o qual foi ajustado o circuito do duplo T.

Na figura 6 temos a curva de resposta do circuito em função da frequência.

Figura 6 – Curva de resposta do circuito

Observe que na frequência de ressonância a saída é máxima e que esta se reduz à medida que nos afastamos dela.

O circuito de filtro formado pelo oscilador de duplo T é ligado ao circuito de disparo que tem por base um diodo controlando de silício, ou seja, um SCR.

O SCR é ligado em série com a lâmpada incandescente de modo que, no seu estado de condução plena a lâmpada acende e no estado de não condução a lâmpada permanece apagada.

Na figura 7 temos o circuito de disparo cujo funcionamento pode então ser explicado da seguinte maneira.

Figura 7 – O circuito de disparo

Na ausência de sinal no eletrodo de comporta (gate) o SCR permanece desligado e consequentemente a lâmpada não recebe alimentação ficando apagada.

Com a presença de um sinal de polaridade apropriada (positivo) o SCR dispara havendo então o acendimento da lâmpada. O sinal de disparo vem no caso do circuito de duplo T, de tal modo que ele só estará presente no circuito se o mesmo for excitado com determinada frequência.

Quando o circuito de potência (SCR) é alimentado com corrente alternada, o SCR só permanece ligado enquanto houver excitação, ou seja, na presença de som.

Se o circuito for alimentado com corrente contínua, na presença de um som o SCR disparará e assim permanecerá mesmo depois de cessado o som. Para desligar o SCR é preciso curto circuitá-lo momentaneamente o que pode ser feito com um interruptor entre o anodo e catodo ou então desligar por um instante sua alimentação.

Esta versão é recomendada para o caso de alarmes em que o circuito deva disparar com determinado som e assim permanecer até que seja desligado externamente.

MONTAGEM

A montagem deste aparelho pode ser feita tanto em placa de circuito impresso como em ponte de terminais. Para o primeiro caso exige-se a disponibilidade de material para a confecção de placas e experiência neste setor, enquanto que para o segundo caso, a elaboração do projeto torna-se mais simples já que não se exige nenhum material especial, além de um ferro de soldar de pequena potência (máximo 30 W), solda de boa qualidade, alicate de corte lateral, alicate de ponta fina e chaves de fenda.

É claro que entre essas ferramentas não foram incluídas as necessárias a elaboração da caixa.

Na figura 8 temos o diagrama completo do aparelho na sua versão de 110 e 220 V, ou seja, na versão em que utilizamos uma lâmpada de grande potência.

Figura 8 – Versão de 110/220 V

Na figura 9, damos uma segunda versão alimentada pela rede mas que usa uma lâmpada de pequena tensão (6, 9 ou 12 V), podendo esta ser usado para casos em que uma potência luminosa alta não seja necessária.

Figura 9 – Versão para lâmpada de baixa tensão

As placas de circuito impresso para as duas versões são mostradas nas figuras 10 e 11.

Figura 10 – Placa para a primeira versão

Figura 11 – Placa para a segunda versão

As montagens em ponte de terminais para as duas versões são mostradas nas figuras 12 e 13.

Figura 12 – Versão 1 em ponte de terminais

Figura 13 – Versão 2 em ponte de terminais

Nas montagens são os seguintes os principais cuidados a serem tomados com a aquisição e instalação dos componentes:

a) Para a versão de 110 ou 220 V o SCR utilizado deve estar apto a operar com estas tensões. Assim, para a rede de 110 V deve ser usado um SCR de 200 V e para a rede de 220 V um SCR de 400 V. Para a versão de 6, 9 ou 12 V, o SCR usado deve ser do tipo para 50 V. Os SCRs C106, MCR 106, TIC106, IR106 são encontrados nas tensões de 50, 200 e 400 V, como exige esta montagem. Na instalação deste componente na placa ou ponte de terminais. Para o caso da corrente de operação ser de mais de 1A (mais de 100 W) o mesmo deve ser dotado de um dissipador de calor.

b) O transistor recomendado para esta montagem é o BC548, mas praticamente qualquer de seus equivalentes pode ser usado. Entre eles sugerimos os seguintes: BC237, BC238, BC549, BC107, etc. Na montagem evite o excesso de calor no corpo do componente fazendo esta operação rapidamente e observe a posição de seus terminais.

c) O diodo D1 e D2 usados nas duas versões podem ser do tipo 1N4001 se bem que seus equivalentes de maior tensão também sirvam. Na montagem deste componente deve apenas ser observada sua polaridade a qual é dada pelo anel em seu corpo. No caso de se utilizar o BY127 posição do mesmo é dada pelo símbolo pintado em seu corpo.

d) R2 é um trimpot que serve para ajustar o ponto de operação do filtro no limiar da oscilação. Se o leitor quiser poderá utilizar em seu lugar um potenciômetro comum caso em que terá um ajuste mais acessível.

e) R6 é um controle de sensibilidade do circuito de disparo, devendo este ser um potenciômetro comum linear ou log o qual poderá ser colocado no painel do aparelho. Este potenciômetro ajusta a sensibilidade do circuito de disparo.

f) Os resistores recomendados para esta montagem são todos de pequena potência: 1/4 ou 1/8 W e sua tolerância não é crítica. Na colocação destes componentes no circuito o leitor deve atentar para seus valores que são indicados pelos anéis coloridos em torno de seu corpo.

g) C1, C2 6 C3 são capacitores que podem ter valores numa faixa determinada pela frequência do som que deve disparar o circuito. Na tabela abaixo damos valores de capacitores que podem ser usados neste circuito. Esses capacitores podem ser cerâmicos ou de poliéster metalizado.

 

Os valores indicados acima são aproximados. O leitor pode fazer as experiências que desejar com valores de capacitores que quiser. Deve apenas no caso manter a relação entre esses valores, ou seja, C1 deve ter o mesmo valor de C2 e C3 deve ter o dobro do valor de C1 e C2.

Os capacitores sugeridos para a montagem podem ser de poliéster metalizado já que este podem ser encontrados com mais facilidade nos valores dados pela tabela.

h) A fonte de alimentação para o setor de baixa tensão do aparelho consiste em 4 pilhas pequenas ligadas em série. Como o consumo do aparelho é muito baixo, sua durabilidade é bastante grande. Urna chave conjugada a R6 pode ser usada para ligar e desligar esta fonte de alimentação. O setor de alta tensão é desligado pela retirada do plugue da tomada de alimentação.

i) As interligações entre os pontos do circuito na montagem em ponte e entre a placa e os controles na montagem em placa, podem ser feitas com cabinho de capa plástica fino. A ligação do microfone apenas deve ser feita com fio blindado se o mesmo tender a ficar muito longe do circuito. O microfone usado é do tipo de cristal. O leitor pode usar um microfone comum e ligá-lo ao circuito por meio de um jaque, ou então adquirir somente sua cápsula de cristal instalando-a no interior da caixa. Uma abertura para a passagem do som deve então ser providenciada. Microfones de gravador (dinâmicos) não servem para este circuito.

j) O apito usado neste aparelho é de um tipo que tem a frequência ajustada por meio de um pistão (figura 14).

Figura 14 – O apito

Conforme deslocamos o pistão para dentro do apito, o som emitido torna-se gradativamente mais agudo, ou seja, aumenta de frequência. Em condições normais este apito consegue produzir sons que estão na faixa dos 200 Hz aos 1,5 kHz.

AJUSTE E USO

Terminada a montagem, confira todas as ligações e estando tudo em ordem ligue unidade a tomada, coloque as pilhas no suporte e coloque no suporte da lâmpada uma lâmpada entre 40 a 100 W comum.

Inicialmente feche todo o potenciômetro R2 colocando-o na posição de mínima resistência.

Ajuste então R6 até o ponto mais próximo possível do que se obtém o seu acendimento, ou seja, um pouco antes dela acender.

Em seguida, vá abrindo gradualmente o potenciômetro R2 até a lâmpada acender indicando oscilação. Continue girando o potenciômetro até se obter um outro ponto em que a lâmpada apague. Tão logo a lâmpada apague pare de girar o potenciômetro deixando-o nesta posição.

Batendo no microfone você verificará que a lâmpada piscará, indicando a sensibilidade do circuito.

Agora o próximo teste a ser feito é o de frequência. Para isso, pegue o apito e vá soprando-o nas proximidades do microfone ao mesmo tempo em que move o seu pistão. Você encontrará então um ponto em que a lâmpada acenderá, indicando a ressonância do circuito. Marque bem este ponto para futuras demonstrações.

Se o leitor quiser poderá facilmente encontrar a frequência real de disparo do circuito, ligando a um amplificador um gerador de áudio e variando sua frequência até o ponto de disparo da lâmpada ler diretamente na sua escala o valor desejado.

O aparelho com isso estará pronto para uso.