Timer Escalonado (ART2278)

Descreveremos neste artigo um interessante timer que fornece indicações de temporização em diversas etapas de um intervalo determinado e, no final, aciona um relé, que tanto pode alimentar uma carga externa, como desligá-la. Com a utilização de um comparador de tensão conseguimos temporizações numa faixa que se estende até alguns minutos, o que leva a uma boa gama de utilizações para o aparelho.

Entendemos por timer escalonado, um tipo de timer capaz de indicar as diversas etapas de temporização e até mesmo fazer o acionamento intermediário de dispositivos.

Embora no nosso projeto original trabalhemos com 3 passos de indicação e um de acionamento, nada impede que o circuito seja modificado para mais passos de indicação ou acionamento.

A alimentação do circuito é feita com tensão de 6 V, mas com a simples troca do relé e de uns poucos resistores, podemos alterá-la para 12 V.

A base do circuito é o quádruplo comparador de tensão da série 139, que tanto pode ser o CA139, CA239, CA339 como o LM139, LM239 ou LM339, todos de fácil obtenção e de custo bastante acessível.

Damos duas faixas de temporização no circuito, selecionadas com a simples troca de capacitores, levando a intervalos de alguns segundos até 2 ou 3 minutos na faixa menor e até algumas dezenas de minutos na maior.

Com a utilização de um relógio ou cronômetro comum, podemos elaborar uma escala graduada para o potenciômetro de ajuste de tempos.

Isso é sugerido na figura 1.

Figura 1 – Escala para o potenciômetro

Quatro comparadores de tensão são ligados de modo a terem referências escalonadas, conforme mostra a figura 2.

Figura 2 – Ligação dos comparadores

Nos três primeiros ligamos simples LEDs indicadores e no último, um transistor que excita um relé.

Quando ligamos nas entradas dos comparadores um circuito RC de temporização, à medida que a tensão sobe, cada comparador vai sendo acionado, fazendo com que o LED correspondente acenda.

Quando chegamos a uma tensão suficientemente alta, para que o último comparador seja acionado, o relé é ativado, podendo controlar uma carga externa.

No circuito original, os compara- dores têm a referência fixada em passos, determinados por resistores de 1k, e há um trimpot de ajuste (10 k) para fixar o ponto ideal de acionamento.

Na temporização, usamos capacitores de 47 e 470 uF com potenciômetro de 1 M.

Não podemos usar resistores maiores, dada a impedância de entrada dos comparadores.

Observe que, ligando a referência nas entradas não-inversoras e fazendo a entrada do circuito de tempo pelas entradas inversoras, temos a comutação dos comparadores do nível alto para o baixo no acendimento dos LEDs e acionamento do relé.

Na figura 3 damos uma modificação que permite um funcionamento diferente para o circuito.

Figura 3 – Modificação possível

Nesta configuração, pressionamos S1 para ter o acionamento do relé, que, durante o intervalo ajustado em P1, mantém acionados o timer e a carga externa.

No final do intervalo, o relé desarma e ao mesmo tempo desliga a própria alimentação do timer.

Trata-se de versão ideal para ser usada como TV-timer.

Algumas considerações sobre a linearidade tornam-se interessantes.

Se tomarmos o gráfico de carga de um capacitor num circuito RC série teremos a curva mostrada na figura 4.

Figura 4 – Curva de carga do capacitor

Conforme podemos ver, no trecho inicial da carga, quando o capacitor se encontra praticamente descarregado e a tensão nas armaduras é pequena em relação à alimentação, a corrente se mantém constante, originando um trecho linear da característica.

Se ajustarmos o timer para que os disparos dos comparadores se situem neste trecho, teremos uma escala praticamente linear para os ajustes de tempo de P1.

Por outro lado, se os pontos de disparo forem espalhados em um trecho maior, a presença de uma curva na característica já altera esta linearidade.

Para conseguir uma boa linearidade os comparadores devem estar ajustados, através de P2, para que tenham no máximo uma tensão de disparo de 1/4 da tensão de alimentação, ou seja, devemos ajustar cada comparador para disparar com 0,4 V, aproximadamente, acima do anterior, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Os pontos de disparo

Para isso, levando em conta a utilização de resistores de 1 k, o que resulta em 4 k para o divisor, o último resistor deve ser aproximadamente 3 vezes maior, ou seja, em torno de 12 k.

Por este motivo, o ajuste consiste num trimpot de 10 k em série com um resistor de 5k6 ou 6k8.

Esta linearidade das características do circuito tem por vantagem um ajuste preciso da escala, no entanto limita o intervalo máximo de tempo que podemos obter.

Assim, mesmo usando capacitores de valores elevados, não conseguimos grandes intervalos, porque o valor de P1 está limitado pela resistência de entrada dos comparadores e a própria existência de fugas nos capacitores.

MONTAGEM

Na figura 6 temos o diagrama completo do timer na versão básica, para energização do relé no final do intervalo programado.

Figura 6 – Diagrama completo do timer

A montagem em placa de circuito impresso é mostrada na figura 7, sendo que o desenho foi feito em função dos componentes originais dados na lista de materiais.

Figura 7 – Placa para a montagem | Clique na imagem para ampliar |

Se componentes de diferentes dimensões forem usados deve ser feita uma redistribuição na placa, com as devidas alterações no layout.

Os LEDs são comuns e o relé é do tipo miniatura para 6 V, caso seja esta a alimentação escolhida.

Para alimentação de 12 V, troque o relé e os resistores, de R8 a R10, por outros de 1k2 ou 1k5.

Q1 é um BC558, ou qualquer equivalente PNP de uso geral, e os resistores são todos de 1/8 ou ¼ W com 5 ou 10% de tolerância.

Os capacitores eletrolíticos devem ser de boa qualidade e ter tensão de trabalho de pelo menos 6 V para versão com esta alimentação.

Para P1 usamos um potenciômetro linear que, inclusive, pode ter conjugada a chave S1.

P2 é um trimpot.

Para a alimentação podemos tanto usar 4 pilhas comuns (pequenas ou médias) como uma fonte, que deve ter boa regulagem.

Uma fonte com o 7506 é a mais indicada.

A ligação da carga externa pode ser feita por uma tomada ou por uma ponte de terminais com parafusos.

PROVA E USO

Ajuste P1 para o tempo desejado; coloque S2 na posição que seleciona o menor capacitor (inicialmente) e ligue S1.

Os LEDs devem acender em sequência até o acionamento do relé.

Comprovado o funcionamento, ajuste P2 para que a tensão na junção de R2 com R3 seja de 1,5 V aproximadamente.

Com isso, levaremos o circuito a operar na região linear da curva de carga do capacitor.

Se esta linearidade não for importante e você desejar prolongar o tempo máximo obtido, troque P2 por um trimpot de 2k2 e o resistor R2 por um de 2k2, ajustando o trimpot para obter uma tensão entre R2 e R3 de 3 a 4 V.

Se depois do acendimento do terceiro LED, o relé demorar a energizar-se ou se isso não ocorrer, verifique o estado dos capacitores de temporização, que podem estar com fugas.

Comprovado o funcionamento é só ligar a carga na saída e ajustar o tempo desejado.

Acione S1 para ativá-lo ou então faça a versão de desligamento, indicada na parte referente ao funcionamento.

A carga máxima não deve exigir mais de 2 A (200 W na rede de 110 V).