Descrevemos neste artigo um simples circuito que, conectado a uma lâmpada incandescente comum, fara com que ela acenda tão logo a luz ambiente caia abaixo de um nível pré-determinado e apague tão logo a iluminação ambiente volte ao normal. aplicado à luz da varanda, por exemplo, este circuito permite que você a encontre acesa quando voltar à noite, isso sem a preocupação de tê-la de deixar acesa ao sair. ao amanhecer, por outro lado, ela se apagara sozinha.
Evidentemente, muitas outras aplicações para este circuito podem ser imaginadas pelo leitor. Partindo da ideia que podemos acionar uma lâmpada quando a iluminação sobre um elemento sensível cair abaixo de um certo nível podemos:
a) fazer com que a lâmpada da sala de estar esteja sempre acesa durante a noite e apagada durante o dia, mesmo quando estejamos fora, dando a impressão de que há alguém em casa;
b) ter um sistema automático de operação para as luzes da vitrine de uma loja, um sistema que as acenda tão logo escureça e as apague ao amanhecer sem a necessidade de nossa intervenção;
c) ter um acendimento automático das luzes de um jardim ao anoitecer e seu apagamento ao amanhecer, exatamente como faz a iluminação pública com as luzes da rua;
d) usar o sistema para demonstrar em salas de aula (cursos de física, ciências ou eletrônica) o princípio de funcionamento dos elementos fotossensíveis;
e) em qualquer aplicação em que variações do nível de iluminação deva ser detectada com uma resposta imediata que consista no acendimento de uma lâmpada.
O PROJETO
Como todo projeto destinado ao principiante, uma descrição pormenorizada de sua construção, obtenção dos componentes e princípio de funcionamento, assim como possíveis aplicações será dada. Com isso, visamos fazer com que até mesmo os leitores que nenhuma experiência tenha em montagens eletrônicas se animem a executá-lo. Na verdade, o número reduzido de componentes, seu baixo custo, não exigirá do leitor mais do que alguns Cruzeiros, uma boa dose de atenção às nossas explicações e algumas ferramentas básicas. Com relação a essas ferramentas, para montagens eletrônicas, citamos o soldador que não deve ter mais do que 30 W de dissipação, boa solda, um alicate de pontas, um alicate de corte lateral e uma chave de fendas.
Ao desenvolvermos este circuito visamos uma configuração que fosse capaz de unir a simplicidade de operação a um desempenho que justificasse sua montagem prática para diversas finalidades. Entretanto, como unir a simplicidade a um desempenho excelente às vezes é impossível, tivemos de sacrificar alguns pontos de nossas exigências para possibilitarmos ao montador menos experiente a sua execução.
Assim, se bem que este interruptor seja bastante sensível para ser acionado até, mesmo com a iluminação de um fósforo ou uma vela a alguns metros de distância, ele só poderá acionar lâmpadas incandescentes (ou cargas resistivas), numa potência total de no máximo 100 Watts (rede de 110 Volts) ou 200 Watts (rede de 220 Volts). Diodos de maior corrente poderão ser opcionalmente usados, caso em que a potência máxima ficará limitada apenas pelo SCR, ou seja, 400 Watts para a rede de 110 V e 800 W para a rede de 220 V. Entretanto para estas alterações, o leitor deverá já ter certa experiência em eletrônica.
Como a montagem tem como objetivo uma aplicação doméstica, acreditamos que 100 W (110 V) ou 200 W (220 V) será mais do que suficiente para a maioria dos casos; uma solução para cargas maiores consiste em se montar uma unidade para cada 100 ou 200 W de lâmpadas.
Outra desvantagem que deve ser observada neste circuito é uma pequena oscilação que ocorre no estado de transição do circuito. Quando a transição da iluminação é lenta, como no caso do pôr do sol, o circuito não dispara instantaneamente, mas dá algumas "piscadas" antes de haver plena condução.
A maior vantagem deste circuito, além da simplicidade, é o fato dele permanecer sem consumir corrente, mesmo quando ligado, quando a lâmpada se encontra apagada. Assim, com a lâmpada apagada o circuito, propriamente, não consome energia. E, mesmo quando ligado, toda energia é consumida pela lâmpada (figura 1).
A descrição da montagem é feita em função da utilização de uma barra de terminais como base de montagem de modo a torná-la mais didática; os leitores mais habilidosos poderão usar a técnica da placa de fiação impressa, o que tornará o dispositivo bastante compacto.
OS COMPONENTES
Todos os componentes para esta montagem podem ser encontrados em boas casas de material eletrônico, pois são bastante comuns.
O "coração" da montagem é um SCR (diodo controlado de silício). Esse SCR é de um tipo que pode operar tanto na rede de 110 como 220 V, suportando correntes de até 4 A. Diversos são os tipos que podem ser usados nesta montagem, sendo os indicados: C106, TIC106, e MCR106.
Esse SCR deve ser montado num pequeno dissipador de calor que poderá ser feito com uma folha de alumínio dobrada em U, conforme mostra a figura 2, com área de cerca de 100 cm2.
Se o aparelho for usado com finalidade demonstrativa em que a lâmpada não exceda 40 W, o dissipador não será necessário.
Um segundo componente bastante importante e um pouco mais crítico, é o elemento sensível, denominado LDR ou foto-resistor, que é um dispositivo cuja resistência depende da luz incidente e que realiza o disparo do circuito em função da luz que nele incide. Esse LDR é de um tipo normalmente usados em controles automáticos de brilho de alguns tipos de televisores e pode ser encontrado com facilidade. Na nossa montagem original utilizamos um LDR do tipo B 8 731 0302 (IBRAPE), mas equivalentes poderão ser usados, como o RPY-58 ou qualquer outro (figura 3) já que sua característica poderá ser compensada por um correto ajuste do controle de sensibilidade.
Os outros componentes são bastante fáceis de serem obtidos. Os diodos semicondutores, por exemplo, são do tipo BY127 ou 1N4004, mas qualquer diodo para 1 A @ 400 V serve.
Os resistores, assim como o trimpot, onde será ajustada a sensibilidade do circuito não oferecem dificuldade quanto à aquisição. O capacitor pode ser de óleo ou poliéster com uma tensão de isolamento de, pelo menos, 400 V.
MONTAGEM
Como dissemos, de modo a facilitar o montador inexperiente, descrevemos a montagem numa ponte de terminais, com os componentes bem separados e todas as conexões acessíveis. Evidentemente, para os leitores dotados de maior experiência a sugestão é a utilização de uma placa de fiação impressa que não oferecerá dificuldades de projeto dado o reduzido número de componentes deste circuito.
Uma vez de posse de todos os componentes e uma vez determinado o tipo de aplicação a que será dada ao circuito, o leitor deve começar por cortar a ponte de terminais que normalmente é adquirida em pedaços de meio metro ou um metro de modo a ter o número de terminais constante do desenho (19 terminais) e, em seguida, por meio de dois parafusos, deve fixar essa ponte numa base de madeira ou outro material isolante (figura 4).
Depois de examinar o diagrama (figura 5) enquanto o soldador se aquece bem, poderá passar à elaboração do circuito.
Comece por soldar os 4 diodos (D1 a D4) observando cuidadosamente sua polaridade (figura 6) já que qualquer inversão poderá causar sua queima no momento da ligação. A identificação dos poios dos diodos é feita através do anel em torno de seu corpo que indica o lado do catodo ou ainda pelo próprio símbolo do componente gravado em seu corpo.
Em seguida, cuidadosamente, com um alicate de pontas separe os terminais do SCR de modo que possam ser soldados em cada terminal correspondente da ponte. A posição do SCR é importante já que o lado chanfrado (gata) deve ficar do lado direito da ponte. A soldagem deve ser rápida para que o calor excessivo não venha danificar esse componente.
Em seguida, solde o quinto diodo (D5) na comporta do SCR observando atentamente, neste caso também, a posição desse componente pelo símbolo nele gravado ou pelo anel.
Passe agora à soldagem dos resistores, do capacitor e do trimpot. Os resistores devem ser identificados por seus anéis coloridos. Para o principiante, damos as cores dos três primeiros anéis e os valores correspondentes:
1 Mohms marrom, preto, verde
100 Kohms - marrom, preto, amarelo
10 Kohms - marrom, preto, laranja
Complete as conexões da ponte fazendo as interligações dos componentes por meio de fio rígido 20 ou 22. Dois pedaços de fio são necessários.
Em seguida, passe às ligações externas.
Se a montagem for experimental faça a conexão correspondente ao soquete da lâmpada que deverá ser acionada pelo circuito. Se ele for utilizado para a alimentação da lâmpada da varanda ou uma lâmpada distante, deixe dois pedaços de fio soltos correspondentes a essa ligação para fazer no final da montagem a conexão aos cabos dessa lâmpada.
Outra ligação externa a ser feita é a. correspondente ao cabo de alimentação. Se a montagem for experimental, use um pedaço de dois metros de comprimento, do tipo que pode ser adquirido em qual quer casa de material eletrônico.
Se o circuito for usado para a alimentação de uma lâmpada numa instalação embutida, deixe apenas um par de fios soltos para posterior conexão à rede de alimentação.
A última ligação externa é a correspondente ao elemento sensível, ou seja, o LDR. O comprimento do cabo a ser usado dependerá do local em que o LDR deve ser instalado. Observamos que o LDR não deve receber diretamente a iluminação da lâmpada que ele próprio acionará pois, peio contrário, haverá uma realimentação de -luz que provocará uma desagradável oscilação do circuito. O LDR deve ser colocado, por exemplo, num pequeno tubo, de modo a receber iluminação ambiente de apenas uma direção (figura 7).
Na nossa montagem experimental, usamos um par de fios de meio metro de comprimento soldando seus extremos diretamente aos terminais do LDR. Devemos observar que os terminais do LDR, conforme o tipo, são bastante delicados, devendo a soldagem ser feita com o máximo de cuidado, usando um alicate de pontas para segurar seus terminais e assim dissipar o calor.
SCR - TIC106, MCR106 ou C106
D1 a D5 - BY127 ou 1N4004
C1 - 0,001 µF @ 400 V (capacitor a óleo ou poliéster)
R1- 1 M ohms @ 1/4 W
R2 - 100 kohms @ 1/4 VV
R3 - 10 kohms @ 1/4w
R4 - 470 kohms- trimpot
LDR - Ver texto
OPERAÇÃO DO CIRCUITO
Uma vez conferidas as conexões, constatando-se que não há nenhum erro, coloque uma lâmpada no soquete correspondente, afaste o LDR da lâmpada de modo que ele não possa receber sua iluminação, mas tão somente a da luz ambiente e ligue o dispositivo à rede de alimentação (tomada). Em seguida, ajuste o trimpot com uma chave de fendas para um ponto em que a lâmpada se apague com a iluminação ambiente. Passe agora a mão na frente do LDR interrompendo sua iluminação. A lâmpada deve acender automaticamente. Se isso não ocorrer, tente um novo ajuste do LDR.
O ajuste do LDR é função da iluminação ambiente devendo ser sempre feito quando houver mudança de local ou de condições de funcionamento para o aparelho.
COMO FUNCIONA
O princípio de funcionamento do SCR já é conhecido do leitor, pois já tivemos oportunidade de analisá-lo em outras ocasiões em que usamos este componente (veja o número 47 no artigo "Lâmpada Mágica”). Basicamente podemos lembrar que se trata de um dispositivo que deixa a corrente passar quando o seu terminal de comporta (gata) é excitado e que a condução da corrente por esse componente se faz num único sentido já que se trata de um diodo (figura 8). Quando alimentado por corrente alternada ou quando alimentado por uma corrente contínua pulsante, como a obtida neste circuito pelos 4 diodos, sem haver filtragem, o diodo deixa de conduzir tão logo o estímulo de comporta deixe de ocorrer. Na alimentação com corrente contínua pura o SCR continua conduzindo mesmo depois de cessado o estímulo.
Neste circuito operamos com corrente contínua, mas, não sendo esta filtrada, o SCR deixa de conduzir tão logo o estímulo em sua comporta deixe de ocorrer.
Ora, o LDR é um dispositivo que apresenta uma resistência elevada quando se encontra no escuro e que apresenta uma resistência muito baixa quando iluminado. O LDR é, portanto, um dispositivo cuja resistência é inversamente proporcional ao grau de iluminação: quanto maior for a iluminação, menor a resistência.
Ligamos o LDR na comporta do SCR de tal modo que ele desvie a corrente de comporta para terra quando se encontrar iluminado (baixa resistência) e que deixe a corrente chegar à comporta quando no escuro (alta resistência) figura 9. Com isso temos o comportamento desejado: recebendo a corrente de disparo, no escuro, o SCR dispara e acende a lâmpada. Quando iluminado, o LDR não deixa a corrente de disparo chegar ao SCR e a lâmpada permanece apagada. O momento em que ocorre o disparo é ajustado pela relação existente entre a resistência do LDR com determinada iluminação e a resistência em série, ou seja, a resistência formada R4 e Ri. Por meio de R4 (trimpot) podemos, portanto, ajustar o circuito para operar exatamente com o grau de iluminação que desejarmos.
