Detector de Mentiras (ART2737)

Este projeto experimental saiu numa revista de 1978, mas ainda é atual, se bem que os transistores unijunção já não sejam mais tão usados. No entanto o leitor pode montar com facilidade e se divertir ou apresentar a ideia básica num trabalho de curso técnico ou mesmo segundo grau.

O princípio de funcionamento deste detector de mentiras é o mesmo dos detectores normalmente utilizados com finalidades profissionais: parte-se do fato de que sob tensão durante um interrogatório a resistência da pele de uma pessoa sofre variações de valor que podem servir para indicar reações que visualmente não seriam perceptíveis.

Convenientemente preparadas, as pessoas conseguem disfarçar uma certa tensão nervosa ao mentir de tal modo que, mesmo para um observador atento, nada deixam transparecer mas pequenas variações de comportamento podem provocar variações da resistência da pele que facilmente serão acusadas por um instrumento sensível.

Deste modo um detector de mentiras consta basicamente de um par de eletrodos que o interrogado deve segurar sob pressão constante, e um amplificador de alto ganho ligado a um galvanômetro. O amplificador aumenta as variações da intensidade da corrente que circula pela pele da pessoa a qual pode ser então indicada pelo galvanômetro (figura 1).

Figura 1 – Princípio de funcionamento

E claro que antes de tudo para se obter um funcionamento correto de um detector de mentiras e preciso saber interpretar as variações da corrente obtida, pois são diversos os fatores que podem alterar a corrente circulante pelos eletrodos.

Um aumento do suor, ou então um aumento da pressão dos dedos sobre os eletrodos podem causar variações de corrente que facilmente seriam acusadas pelo aparelho.

Como no nosso caso, antes de tudo o aparelho tem finalidade recreativa, os resultados práticos que podem ser obtidos dependem fundamentalmente de seu uso, ou seja, de um conhecimento de como funciona um detector deste tipo.

Nas brincadeiras é claro, o leitor não desejará um funcionamento rigoroso e em alguns casos até desejará um funcionamento impreciso (visando com isso embaraçar mais ainda seus amigos!). Nos casos em que se desejar um pouco mais de precisão nas indicações dadas as precauções com a ligação dos eletrodos já serão maiores para que não sejam introduzidas variações anormais de correntes, e quando se desejar um funcionamento mais crítico, o auxílio de um especialista será necessário.

De um modo geral podemos dizer que o circuito descrito é bastante sensível a ponto de operar com as menores variações da resistência da pele, e que, também poderá ser utilizado com diversas outras finalidades, como dissemos, sempre que se desejar converter variações muito pequenas de resistências em variações audíveis ou visuais.

Completando nossa introdução dizemos que a indicação de nosso aparelho, justamente com a finalidade de tomá-lo mais próprio a um uso recreativo é do tipo sonoro: ele simplesmente “apita" quando uma variação anormal de resistência (mentira) ocorrer.

Como se trata de montagem muito simples e que utiliza componentes não críticos, mesmos os leitores que não tenham experiência com esse tipo de montagem não terão dificuldades com sua execução.

Descrevemos a montagem de um circuito básico em torno do qual diversas sugestões serão dadas para outras utilizações.

O CIRCUITO

Basicamente o detector que descrevemos é um conversor analógico-digital, ou seja, um circuito que converte variações numa faixa constante de correntes (que dependem da resistência da pele) em variações de frequência (figura 2).

Figura 2 – Nosso projeto

Ajustado para determinada resistência em que não haja nenhuma oscilação, ou seja, em que a frequência é nula, um aumento ou diminuição da resistência pode ser convertido em som, cuja frequência será tanto maior quanto mais a resistência se desviar do valor previamente ajustado. Isso significa que, à medida que o sinal tende a se afastar do ponto de ajuste, o som emitido torna-se mais agudo.

O nosso conversor tem por base um oscilador com transistor unijunção que, por suas características tem sido usado em todas as montagens que se deseja sinais de áudio numa gama ampla, com um mínimo de componentes (figura 3).

Figura 3 – oscilador com unijunção

Num oscilador com transistor unijunção, um capacitor carrega-se através de um resistor até o instante em que em sua armadura é atingida a tensão de disparo do transistor. Neste momento, o transistor que até então se comportava como um circuito aberto, isto é, permanecia desligado, muda de estado, havendo então uma intensa condução de corrente e a descarga do capacitor.

Com o capacitor descarregado, o transistor volta a sua situação inicial e um novo ciclo se inicia. Em cada instante de descarga um pulso é produzido, e este pulso se amplificado e aplicado a um alto-falante numa sucessão contínua pode resultar na produção de som (figura 4).

Figura 4 – Obtendo som

A velocidade com que o capacitor se carrega e descarrega e, portanto, a frequência do sinal de áudio, depende do valor do capacitor e do valor da resistência existente em série com ele.

Para controlar a frequência deste oscilador, que é o que desejamos, em lugar do resistor, utilizamos um transistor que é ligado de tal maneira a operar como uma resistência variável, conforme indica a figura 5.

Figura 5 – Controlando a frequência

Nesta configuração a corrente que circula entre a base e o emissor controla a corrente que circula entre o coletor e o emissor, sendo esta tantas vezes maior quanto seja o ganho do transistor.

Isso quer dizer que, por uma corrente muito fraca de base no transistor podemos controlar a corrente um pouco mais intensa de carga do capacitor.

Quando a corrente de base aumenta, aumenta a velocidade com que se carrega o capacitor e consequentemente aumenta a frequência das oscilações produzidas. Quando corrente de base diminui, diminui a velocidade com que se carrega o capacitor e, portanto, também diminui a frequência do sinal produzido.

Com a ligação de um resistor em paralelo com o capacitor, limitamos a um valor máximo a resistência que o transistor pode oferecer à carga do capacitor e consequentemente limitamos a menor frequência que o oscilador pode produzir. Com um resistor em série com o transistor, limitamos também a máxima frequência que o circuito pode produzir.

Conciliando os dois valores pode-se fazer o oscilador operar numa faixa bem definida de frequências. Por medida de economia e facilidade de ajuste, no nosso circuito prático, apenas um dos resistores é do tipo variável, sendo o outro fixo. (figura 6).

Figura 6 – Faixa de operação

Podemos traçar um pequeno gráfico em que temos a corrente de entrada e em sua função a frequência do sinal produzido.

Veja o leitor que o sentido de circulação da corrente de base do transistor e importante para haver correto funcionamento do circuito.

Esse circuito deverá ser levado em conta quando fizermos a ligação dos eletrodos, já que poderemos ter aumento da frequência tanto com a diminuição da resistência da pele quanto com o aumento da resistência da pele. A comutação poderá ser feita simplesmente com a mudança do ponto de ligação dos eletrodos ou então por meio de uma chave comutadora.

Os sinais audíveis produzidos pelo oscilador tem uma intensidade muito pequena para poderem ser aplicados diretamente a um alto-falante, o que significa que, na saída deste circuito devemos ligar uma etapa amplificadora de bom rendimento.

No nosso caso, esta etapa consta de dois transistores na configuração denominada Darlington em que o emissor do primeiro transistor é ligado à base do segundo, de modo que o ganho final obtido será o produto dos ganhos de cada transistor individualmente. A vantagem na utilização deste circuito está no número reduzido de componentes que ele emprega e na possibilidade de se ter uma saída de baixa impedância com a ligação direta do alto-falante (figura 7).

Figura 7 – Excitando um alto-falante

A alimentação para o circuito é feita por uma tensão de 6 volts que pode ser obtida de 4 pilhas pequenas ou então de umas fonte. Como o funcionamento da etapa de maior consumo que é a amplificadora é intermitente a durabilidade das pilhas pode ser considerada boa para este tipo de aplicação, se bem que não se recomende que o mesmo seja mantido ligado por intervalos de tempo muito longos.

MONTAGEM

Para facilitar os principiantes, descrevemos a montagem em ponte de terminais.

Os que tiverem facilidades com a elaboração de placas de circuito impresso poderão optar por esta versão que além de mais compacta tem melhor apresentação.

Como ferramentas podem ser usadas as seguintes: soldador de pequena potência (máximo 30 W), solda de boa qualidade, alicate de corte lateral e de ponta, chaves de fenda.

O circuito completo do detector de mentiras é mostrado na figura 8 sendo a montagem em ponte de terminais dada na figura 9 e a placa de circuito impresso na figura 10.

Figura 8 – Diagrama completa

Figura 9 – Montagem em ponte | Clique na imagem para ampliar |

Figura 10 – Montagem em placa

Depois de montado, o aparelho pode ser alojado numa caixa plástica conforme sugere a figura 11, e os eletrodos que consistem em duas chapinhas de metal, colocados na sua parte superior.

Figura 11 – Os eletrodos

Os eletrodos consistem em duas chapinhas metálicas (pedaços de lata) de aproximadamente 3 x 3 cm, separadas por uma distância de 1 ou 2 cm sobre as quais o interrogado deve colocar os dedos, mantendo-se apoiados com uma pressão constante.

Na montagem são os seguintes os principais pontos que devem ser observados:

a) O transistor unijunção tem posição certa para ser ligado e é bastante sensível ao calor gerado no processo de soldagem. Observe que o ressalto que identifica a sua base 2 fica voltado para a esquerda na montagem em ponte.

b) Os demais transistores são também sensíveis ao calor, devendo sua soldagem aos terminais da ponte ou à placa de circuito impresso ser feita rapidamente. Nos transistores de pequena potência (BC238 ou BC548) a base corresponde ao terminal central, ficando o emissor para a direita, enquanto que no transistor de potência de saída, a base é o terminal da direita, ficando o coletor no meio. Não é preciso dotar oi transistor de potência de dissipador de calor nesta montagem.

c) Os resistores utilizados podem ser todos de 1/8 W, para maior grau de miniaturização, mas na sua falta, resistores maiores podem ser usados. Apenas o valor ôhmico deve ser mantido, ou seja, as cores dos anéis pintados em seus corpos.

d) Os dois capacitores usados nesta montagem são de poliéster metalizado para uma tensão de 250 V. Seus valores são dados pelas faixas coloridas pintadas em seu corpo.

d) O alto-falante pode ser de qualquer tipo com uma impedância de 8 ohms. Seu tamanho é apenas importante em função da disponibilidade de espaço em que a unidade vai ser instalada.

e) A fonte de alimentação que consiste em quatro pilhas pequenas, medias ou grandes deve ser ligada ao circuito observando-se rigorosamente a sua polaridade. Use um suporte para pilhas apropriado.

f) Os potenciômetros de ajuste são do tipo comum, linear ou log, havendo em um deles a chave conjugada para ligar e desligar a unidade. Estes potenciômetros serão fixados na parte frontal da caixa, e ligados ao restante do circuito por meio de fios flexíveis com capa plástica (cabinhos).

g) As interligações entre os componentes podem ser feitas com pedaços pequenos de cabinho ou fio rígido de capa plástica. Não use fios excessivamente longos e nem os corte de modo que possa haver perigo de curto-circuitos, ou seja, da parte desencapada de um encostar em qualquer terminal da ponte ou em outro fio.

Na montagem em placa de circuito impresso os fios são usados apenas para as conexões ao alto-falante, aos potenciômetros, eletrodos e à fonte de alimentação. Os fios de ligação aos eletrodos devem ter um comprimento máximo de 1 m (caso em que o aparelho ficará à distância) e deve ser do tipo encapado. Não é preciso usar fio blindado para esta finalidade.

Na figura 12 temos uma sugestão para dotar o circuito de 2 pontos de ligação que permitem que as variações de tonalidade ocorram com a diminuição da resistência da pele ou com o aumento.

Figura 12 – Dois pontos de ligação

Na mesma figura temos a maneira de se ligar uma chave reversível para trocar esta função.

Completada a montagem, confira todas as ligações e veja no próximo item como colocar o aparelho em funcionamento, fazer os testes iniciais e utilizá-lo na prática.

AJUSTES E USO

Terminada a montagem e conferidas todas as ligações, antes de instalar em definitivo o aparelho na caixa, faça uma prova inicial de funcionamento. Para esta finalidade, coloque as pilhas no suporte e ligue a unidade, acionando o interruptor principal (que estará conjugado a um dos potenciômetros).

Coloque o potenciômetro de 47 k (P2) na sua posição média, e em seguida ajuste P1 (4,7 M) até que o circuito entre em oscilação produzindo um sinal audível no alto-falante.

Coloque então os dedos nos eletrodos. Deve haver uma sensível mudança de tonalidade quando você encostar os dedos nos eletrodos.

Com os dedos nos eletrodos, apertando e soltando os mesmos de modo a simular variações de resistência, você deve então ajustar simultaneamente os dois potenciômetros para a maior sensibilidade do mesmo, isto é, para o ponto em que as oscilações param e começam com facilidade com um pequeno aumento da pressão dos dedos nos eletrodos.

Se houver dificuldade para obter este ajuste em vista de características dos componentes que têm tolerâncias muito grandes, você pode alterar diversos componentes do circuito. Um deles é o capacitor de 47 nF que pode ter seu valor entre 22 nF e 100 nF. Outro é o resistor em paralelo com este capacitor que de 47 k pode ser alterado para mais até 100 k ou para menos até 22 k.

O ponto de ajuste para uma brincadeira dependerá do que se desejar em matéria de efeitos. Assim, para um máximo de sensibilidade em que até mesmo um movimento imperceptível fará o circuito oscilar, ou mudar de tonalidade, deve ser feito um ajuste crítico com cuidado.

Para usar o aparelho basta mandar o interrogado apoiar com pressão constante os dedos nos eletrodos e não se mexer e ajustar os potenciômetros para o limiar das oscilações e fazer o interrogatório.

Terminada a montagem, e comprovado o funcionamento o leitor pode instalar o circuito definitivamente em sua caixa. Não recomendamos a utilização de caixas metálicas. Se isso ocorrer, evite a fixação dos eletrodos na mesma sem ter certeza de um completo isolamento de todas as suas partes.

OUTROS USOS PARA ESTE CIRCUITO

Os conversores analógicos-digitais como este, tem diversas utilidades práticas, das quais, algumas já foram abordadas na introdução, como por exemplo servir para experiência de biologia ou ainda como detector de umidade. Abordaremos a seguir estas variações.

a) Efeito Backster

Segundo se acredita, as plantas possuem estados “emocionais" os quais não podem ser detectados visualmente porque as plantas não podem ter movimentos de respostas a estímulos, salvo algumas exceções.

As pesquisa no sentido de se obter maiores informações sobre as reações das plantas e diversos estímulos foram primeiramente divulgadas com maior intensidade quando um pesquisador americano de nome Cleve Backster conseguiu registros dessas reações por meio de um polígrafo do tipo usado na polícia como Detector de Mentiras.

As pequenas variações da resistência da folha de uma planta obtidas com diversos tipos de estímulos puderam então ser registradas com clareza no aparelho. No Brasil pesquisadores como o Dr. Max Berezovsky (*) vern obtendo bastante êxito no registro dessas reações utilizando para esta finalidade aparelhos registradores sensíveis e eletrodos presos às folhas das plantas.

(*) Veja artigo PN015 e MA068.

Pois bem, com o conversor analógico digital que descrevemos o leitor pode monitorar algumas variações de condutividade das folhas de uma planta convertendo-as em sinais audíveis. É claro que não deve- se incorrer no erro de se admitir esses sons como sendo a “voz das plantas" como em certa ocasião afirmou-se num famoso programa de TV.

O que se pode obter é uma conversão das variações de potencial e de resistência das plantas em uma variação de som que pode ser facilmente identificada. A figura 13 nos mostra uma maneira de se ligar eletrodos a uma folha de planta de modo a se obter os melhores resultados.

Figura 13 – Experimentos com plantas

De preferência os eletrodos devem ser de metais que não se oxidem com facilidade e, de tempos em tempos, para se evitar que a região da planta em que estão os eletrodos amareleça, deve ser trocada sua posição. Eletrodos de prata de 1 cm₂ são os recomendados para estas experiências.

b) Detector de Umidade e Chuva Como o oscilador entra em ação quando houver uma redução ou aumento da resistência apresentada pelos eletrodos, estes eletrodos podem ser considerados ideais para a detecção de umidade ou mesmo chuva.

Num vaso de plantas, por exemplo, conforme mostra a figura 14 pode ser uma indicação audível quando a terra se encontrar excessivamente seca.

Figura 14 – detector de umidade

Por outro lado, no circuito da figura 15 pode-se ter um sinal auditivo quando um pouco de água atingir o elemento sensível. Colocado sob o colchão de crianças pode-se ter um alarme quando houver a necessidade de trocar as fraldas.

Figura 15 – Sensor de umidade e chuva

Como neste finalidade, o aparelho deve ficar constantemente ligado não será .conveniente utilizar as pilhas como fonte de alimentação pois seu esgotamento seria excessivamente rápido. Para esta finalidade sugerimos a fonte da figura 16 que apresenta a vantagem de isolar completamente os eletrodos da rede de modo que não há perigo de qualquer espécie em relação a choques.

Figura 16 – Fonte para o aparelho

Não se deve usar no caso fontes sem transformador pois estas não isolam os eletrodos do perigo de choques.