Eis aqui um circuito muito simples que pode ser montado por qualquer principiante e que produz sons que dependem da iluminação e que um dispositivo sensível e submetido. Sugerimos a montagem deste circuito, principalmente aos estudantes, amadores, e professores que poderão utiliza-lo para:
- Demonstrações em feiras de ciências
- Ilustração de aulas de física ou eletrônica que versem sobre dispositivos foto sensíveis.
- Sistema de alarme experimental
Os sons produzidos pelo oscilador, se bem que não sejam dos mais fortes podem ser aplicados a um alto-falante com bons resultados. Newton C. Braga
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Os LDRs (Light Dependent Resistor ou Resistores Sensíveis à Luz) são dispositivos que se caracterizam por apresentar uma resistência elétrica que depende do grau de iluminação que recebem numa superfície sensível.
Os LDRs mais comuns são os de sulfeto de cádmio (figura 1) que encontram diversas aplicações práticas como em alarmes, interruptores acionados por luz, controles automáticos de luminosidade e iluminação, etc.
Neste artigo utilizaremos um LDR para controlar a constante de tempo de um oscilador de relaxação de modo que a frequência dos sons produzidos por este oscilador estará diretamente vinculado à luz incidente no componente sensível.
Os sons produzidos pelo oscilador em função da luz poderão ser ouvidos com a utilização de uma etapa de amplificação e um pequeno alto-falante, com o que o aparelho poderá ser utilizado com diversas finalidades práticas, entre elas as seguintes:
Os estudantes poderão montar este circuito como trabalho prático ou ainda para uma feira de ciências, explorando as propriedades elétricas dos elementos fotossensíveis. Os alunos poderão explicar como a luz pode alterar a condutividade de um material pela libertação de elétrons analisando também o comportamento das foto-células (efeito fotoelétrico) - figura 2.
Os professores de eletrônica ou física poderão usá-lo para ilustrar aulas sobre aplicações de. dispositivos fotossensíveis, explicando o efeito-foto-elétrico, mostrando a natureza energética da luz, etc.
Experimentalmente, o leitor pode montar este aparelho para usá-lo como interessante detector experimental de luz e sombra, para verificar pessoalmente o funcionamento dos LDRs e dos circuitos osciladores, ou ainda em algumas brincadeiras e demonstrações que poderão ser feitas para seus amigos que os impressionarão por seu gênio inventivo. (figura 3).
Todo o material empregado nesta montagem encontra-se com facilidade em nosso mercado eletrônico por se tratar de componentes comuns e muitos de fabricação nacional.
Como a montagem é bastante simples e opta-se pela técnica de fixação dos componentes em ponte de terminais isolados, desde que o leitor tenha um bom soldador,e siga a risca as instruções que daremos, mesmo sem experiência prévia em eletrônica poderá ter êxito na elaboração deste projeto.
COMO FUNCIONA:
O LDR, conforme tivemos oportunidade de analisar na introdução, é um componente, um resistor, cuja resistência depende da quantidade de luz que incide numa superfície sensível.
No escuro, poucos elétrons dessa substância que forma sua superfície sensível são liberados e a corrente não pode circular com facilidades através desse componente. Ele apresenta, portanto, uma resistência bastante elevada que em alguns casos chega a ser da ordem de 1.000.000 ohms.
Quando incide luz em sua superfície sensível, são liberados elétrons e a corrente pode circular com mais facilidade pelo componente, o que significa que ele passa a apresentar uma resistência elétrica muito menor. Em alguns casos, para os LDRs comuns, essa resistência a iluminação forte, chega a ser inferior a 1000 ohms (figura 4).
Perceba o leitor que a diferença de resistência apresentada pelo LDR quando no escuro e no claro é muito grande (mais de 1 000 vezes) o que significa uma grande sensibilidade à luz.
Por esse motivo, os LDRs têm sido empregados com grande eficiência em muitos dispositivos de controle e detecção de luz tais como alarmes, interruptores acionados por luz, detectores de luz, e até mesmo na medida da intensidade da luz, ou seja, em fotômetros.
No nosso circuito, portanto, o LDR atua como elemento sensível à luz, transformando a informação de sua intensidade, numa resistência, ou seja, numa intensidade de corrente que pode influir diretamente na operação do oscilador.
O oscilador empregado nesta montagem é um oscilador de relaxação com transistor unijunção. Pela frequência com que temos utilizado esta configuração ela já é bem conhecida dos nossos leitores que acompanham este site.
Para os novos, ou os ainda não se interessaram pelo assunto, aqui vai uma explicação: O transistor unijunção (figura 5) opera como um interruptor acionado por uma tensão elétrica.
Quando a tensão em seu terminal denominado "emissor" (E) atinge certo valor, o TUJ, transistor unijunção, dispara, conduzindo a corrente intensamente.
Se ao eletrodo de emissor ligarmos um resistor em série com um capacitor (figura 6), o capacitor se carregará através do resistor de modo que em determinado momento a tensão de disparo do TUJ seja atingida, e com isso o capacitor se descarrega através do transistor.
Pois bem, a velocidade da carga e descarga do capacitor determina a frequência do oscilador, ou seja, a tonalidade do som produzido e essa frequência pode ser controlada tanto em função do valor do capacitor como pelo valor do resistor.
No nosso circuito prático, o resistor e portanto o componente que determina a frequência é o LDR, pois o capacitor é fixo, de modo que, a frequência do som será diretamente dependente da intensidade da luz que incide sobre o LDR.
Quando o LDR receber maior intensidade de iluminação, sua resistência será menor, e o capacitor se carregará e descarregará mais rapidamente, ou seja, a frequência do oscilador será mais elevada e os sons produzidos serão mais agudos.
Quando o LDR receber menor intensidade de luz, sua resistência será maior e o capacitor se carregará mais devagar. Consequentemente, a frequência do oscilador será reduzida e os sons mais graves.
Em alguns casos, fazendo-se uma boa sombra sobre o LDR, o som chega a se constituir de pulsos isolados separados por até alguns segundos. (figura 7).
Além do LDR e do TUJ, temos um transistor adicional que é utilizado com a finalidade de amplificar o sinal produzido pelo oscilador, que não teria condições de excitar satisfatoriamente um alto-falante.
Com isso obtém-se um volume razoável, suficiente para a aplicação experimental a que se destina esse aparelho.
MONTAGEM:
Além do material que consta da lista no final do artigo, o leitor necessitará de algumas ferramentas que são comuns em oficinas de eletrônica: um ferro de soldar de pequena potência (máximo 30 W) ; solda de boa qualidade, um alicate de ponta, um alicate de corte e uma chave de fenda pequena.
OSCILADOR CDNTROLADO PELA LUZ
Para facilitar ao principiante, a montagem é feita utilizando-se como base uma ponte de terminais isolados a qual pode ser fixada numa base de madeira ou qualquer outro material isolante. Essa ponte de terminais pode ser adquirida em pedaços de meio ou um metro, podendo ser cortadas de acordo com o tamanho que se necessitar (1977).
Para uma montagem mais compacta, recomenda-se a utilização de pontes de terminais miniatura em que a distância entre os terminais e da ordem de 8 mm.
O alto-falante o suporte de pilhas e o LDR são os únicos componentes que não são fixados na ponte de terminais.
O montador deve guiar-se pela figura 8, em que damos a disposição dos componentes na ponte de terminais, assim como as demais ligações, e ao mesmo tempo deve também observar o diagrama dado na figura 9, de modo a familiarizar-se com os símbolos empregados em eletrônica.
O máximo de cuidado deve ser tomado com a soldagem do transistor unijunção (TUJ), cuja posição, conforme indica a figura, é tal que o pequeno ressalto existente em seu invólucro fica voltado para cima e ligeiramente para a esquerda.
O transistor Q1 também deve ter sua posição de soldagem rigorosamente observada: a sua parte achatada deve ficar voltada para cima, conforme mostra a figura.
O LDR por sua vez, ao ser soldado não deve receber calor excessivo. A soldagem deve, portanto, ser feita rapidamente e, se possível bem longe de seu corpo; pode ser usado um alicate de ponta para segurar o terminal no momento em que essa soldagem for feita, para evitar que o calor se propague pelo fio. (figura 10).
A polaridade da fonte de alimentação é outro fator a ser observado. O suporte de pilha possui dois fios de cores diferentes que indicam a polaridade da energia, ou seja, a maneira como são ligadas as pilhas internamente.
A posição correta, positivo e negativo, deve ser observada, pois qualquer inversão será prejudicial ao aparelho.
Caso o leitor queira completar a montagem de maneira melhor, poderá instalar a ponte de terminais em uma caixa e utilizar um interruptor para ligar e desligar a fonte de alimentação. Essa caixa deve também possuir orifícios para a saída do som do alto-falante; o LDR deve ser ligado externamente ao circuito por meio de um cabo longo (entre meio e um metro).
AJUSTES E USO
Nenhum ajuste é necessário para colocação deste aparelho em funcionamento. Terminada a montagem, confira todas as ligações e se tudo estiver certo coloque as pilhas no suporte.
Conforme a iluminação ambiente, aparelho deverá imediatamente começar emitir um som de determinada tonalidade.
Se o leitor fizer sombra com a mão sobre LDR, verificará que a tonalidade do som modificará, pois este se tornará mais grave. Conforme a sombra, ou seja, a distância em que for colocada a mão na frente do LDR, será a tonalidade do som emitido.
Uma modificação que pode ser realizada neste circuito de modo a se obter um comportamento diferente consiste em desligar o LDR da posição em que se encontra na ponte, ou seja, desligar-se o fio do ponto X e ligá-lo ao ponto Y.
Nestas condições, um potenciômetro de 100 k deverá ser ligado entre o ponto X e o ponto correspondente ao emissor do TUJ (Terminal E).
Ajustando o potenciômetro pode-se fazer com que o oscilador torne seu som mais agudo quando a luz incidir no LDR e não quando se fizer sombra, ou seja, um comportamento "ao contrário". O som poderá inclusive cessar quando houver iluminação e voltar na sombra, possibilitando o uso do oscilador como um interessante alarme experimental.
O ajuste do potenciômetro, evidentemente, dependerá muito da iluminação ambiente, devendo ser obtido experimentalmente.
TUJ - transistor unijunção 2N2646 ou equivalente
Q1 - BC548, BC238, transistor bipolar
R1 - 1 k x 1/2 W – resistor (marrom, preto, vermelho)
R2 – 470 ohms x 1/2 W - resistor (amarelo, violeta, marrom)
R3 - 100.ohms x 1/2 W - resistor (marrom, preto, marrom)
R4 - 470 kii x 1/2 W - resistor (amarelo, violeta, amarelo)
C1 - 0,1 uF (100 nF) - capacitor de poliéster
C2 - 0,05 uF (50 nF) - capacitor de poliéster
LDR - RPY-58 ou qualquer equivalente
B1 - bateria de 6 V (4 pilhas ligadas em série)
FT - Alto-falante de 8 ohms (10 em ou maior)
Diversos: base de madeira, pontes de terminais, fios, solda, parafusos, suporte de pilhas, etc.
