O circuito apresentado permite o controle de fontes de alimentação, volume de aparelho de som e receptores, sintonia de receptores, frequência de osciladores a partir de dois sensores de toque. Com o toque num dos sensores é possível aumentar linearmente e suavemente a tensão de saída do circuito e com o toque em outro é possível baixar esta tensão. As aplicações deste interessante circuito ficarão bastante claras quando o descrevermos.
A possibilidade de se fazer o controle de aparelhos eletrônicos a partir de sensores de toque é muito interessante, se bem que o grande problema para a maioria dos projetistas seja conseguir um circuito que tenha as características adequadas a este tipo de trabalho.
De fato, para termos um controle de toque sobre um circuito é preciso que haja imunidade a ruídos, não interferência do circuito de controle no circuito controlado, estabilidade de funcionamento e sobretudo sensibilidade.
O circuito que apresentamos neste artigo reúne estas características e por isso pode ser usado numa infinidade de projetos conforme indicações que daremos.
Quando tocamos num dos sensores (X2) a tensão do circuito aumenta suavemente até o momento em que tiramos o dedo do sensor. A tensão se mantém então fixa por um bom tempo (que depende de C2) até que um novo toque a modifique. Um novo toque em X2 eleva mais ainda a tensão e um toque em X1 diminui esta tensão.
Tocando nos dois sensores podemos levar a saída do circuito a apresentar qualquer tensão entre zero e a tensão de alimentação do circuito.
Qualquer circuito que possa ser controlado por uma tensão, com o uso deste circuito passa a ser controlado por toques nos sensores.
Temos então as seguintes possibilidades:
* Numa fonte de alimentação, a tensão de saída de CI-2 deste circuito pode ser a tensão de referência do circuito regulador de tensão. Podemos então controlar por meio de toques a tensão de saída da fonte.
Na figura 1 damos uma idéia de como isso pode ser feito facilmente usando um regulador LM317.
* Num oscilador de áudio usando um VCO os toques nos sensores podem fazer com que a frequência aumente o diminua segundo o desejado.
* Num receptor de rádio ou num transmissor podemos ter o controle da frequência por meio de um varicap. Este circuito se encarregará então de controlar a frequência aplicando tensões apropriadas no varicap.
* Num amplificador de áudio ou outro circuito que trabalhe com estes sinais podemos usar a tensão de saída deste circuito para polarizar um transistor de modo a deixar passar o sinal em maior ou menor proporção, atuando assim sobre seu volume.
Uma aplicação interessante é mostrada na figura 2 em que usamos um acoplador óptico para esta finalidade, obtendo assim um total isolamento do circuito de controle em relação ao circuito controlado.
A tensão de saída deste circuito é usada para acionar um LED que terá seu brilho determinado pelos toques nos sensores. Com maior brilho a luz atuando sobre o sensor (um LDR comum) faz com que a maior parte do sinal seja desviado para a terra e assim o volume será menor.
Esta mesma configuração, mostrada na figura 3, torna o circuito um verdadeiro potenciômetro de toque com as características determinadas pelo LDR.
O circuito pode ser alimentado com tensões entre 9 e 15 volts e seu consumo é muito baixo.
COMO FUNCIONA
Os amplificadores operacionais do tipo CA3140 são circuitos integrados que usam transistores de efeito de campo de junção nas entradas e por isso apresentam uma elevadíssima impedância de entrada.
Desta forma, podemos dizer que, na ausência de toque nos sensores, se a corrente de fuga nos demais elementos do circuito for muito baixa, nenhuma corrente pode fluir pelo circuito.
Um capacitor de alta qualidade que é C2 é ligado entre a saída e a entrada inversora do amplificador operacional. Desta forma, quando tocarmos em X2 sendo esta entrada levada praticamente a zero volt, o capacitor começa a carregar-se via resistência dos dedos com uma certa tensão.
Esta tensão aparece na saída do operacional e pode ser fixada, a qualquer momento, pelo simples retirar dos dedos do sensor. Neste momento, o capacitor de mantém carregado e com isso a tensão no circuito se mantém fixa.
Evidentemente este capacitor deve ser de excelente qualidade, pois se ele perder sua carga, mesmo que lentamente, a tensão na saída do circuito vai variar, caindo na mesma proporção.
Para que o circuito funcione apropriadamente devemos usar para C2 um capacitor de poliéster de excelente qualidade ou outro tipo metalizado que apresente fugas muito baixas.
Mesmo assim, considerando que o próprio sensor pode ser responsável por uma certa perda assim como a fiação do circuito, a carga retida no capacitor não se manterá por mais do que algumas dezenas de minutos em tempo seco e menos em tempo úmido.
Nas aplicações do aparelho esta perda deve ser considerada. O aparelho deve ser usado nos casos em que a sua saída deve ser mantida fixa por um intervalo de tempo relativamente pequeno (alguns minutos) ou que permita que ela seja corrigida por novos toques periodicamente.
Esta deficiência se deve ao fato de que a memória é analógica e não digital e portanto sujeita a perdas com o tempo (carga do capacitor).
A tensão de saída do circuito é levada a um segundo amplificador operacional (CI-2) que funciona como um seguidor de tensão.
Num seguidor de tensão o ganho é unitário (a tensão de saída é igual à de entrada), mas a impedância de entrada é extremamente elevada.
Isso faz com que a saída do circuito seja isolada do circuito de CI-1 e do capacitor que então não sofre alterações de sua carga com o circuito externo controlado.
A impedância de saída do CA3140 é da ordem de 150 ohms o que significa que podemos dispor de alguma corrente para acionar cargas externas como, por exemplo, um LED ou ainda um transistor de maior potência.
MONTAGEM
Na figura 4 temos o diagrama completo deste potenciômetro de toque.
Se bem que o circuito possa ser implementado na mesma placa do equipamento que vai ser controlado, fazendo parte de um projeto maior, nada impede que, para fins experimentais o circuito tenha uma placa separada. Nossa sugestão de placa independente é mostrada na figura 5.
O ponto crítico desta montagem está nas fugas que fazem com que o capacitor perca sua carga e com isso a tensão de saída não se mantenha fixa no valor desejado.
Além de se usar um capacitor de boa qualidade será importante que a placa de circuito impresso seja de fibra de vidro e esteja absolutamente livre de umidade. Será interessante manter na caixa que aloja o aparelho um saquinho com sílica gel de modo que sua atmosfera fique sempre seca. O ar úmido faz com que o capacitor perca sua carga e isso vai instabilizar o funcionamento do aparelho.
Os resistores são de 1/8W e o capacitor C1 deve ter uma tensão de trabalho de 12 V ou mais.
O capacitor C2 pode ter valores entre 1 uF e 2,2 uF e é muito importante sua qualidade. Os tipos de poliéster metalizado são os recomendados.
Para os circuitos integrados podem ser usados soquetes DIL e os sensores consistem em duas chapinhas de metal que devem ser tocadas ao mesmo tempo com os dedos. Será interessante fazer os sensores com regiões cobreadas de placas de circuito impresso de fibra de vidro, justamente para se evitar os problemas de fugas pela umidade.
O cabo de conexão dos sensores ao aparelho deve ser curto ou blindado para que não ocorram perdas.
PROVA E USO
A prova de funcionamento pode ser feita simplesmente ligando-se na saída um multímetro numa escala apropriada de tensões contínuas, conforme mostra a figura 6.
Ligando o circuito numa fonte de alimentação de 9 à 15 V (a fonte deve ser isolada - nunca use fonte sem transformador neste circuito) basta tocar nos sensores e verificar a variação da tensão de saída.
Ajuste a tensão em determinado valor e retire os dedos do sensor. A tensão deve manter-se estável por vários minutos. Se a tensão cair procure por fugas como por exemplo devido à problemas de umidade ou mesmo de qualidade do capacitor C2 ou do sensor.
Comprovado o funcionamento é só fazer a aplicação do circuito no controle desejado.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
CI-1, CI-2 - CA3140 - amplificadores operacionais com transistores de efeito de campo
Resistores: (1/8W, 5%)
R1, R2 - 220 k ohms
Capacitores:
C1 - 4,7 uF/12V - eletrolítico
C2 - 1 uF - poliéster de ótima qualidade - ver texto
C3 - 100 uF/16V - eletrolítico
Diversos:
X1, X2 - Sensores
Placa de circuito impresso, material para os sensores, soquetes para os circuitos integrados, fios, solda, etc.
