Este projeto simples com finalidade didática foi publicado em 1976, mas ainda é atual pelos componentes usados. Apenas podemos indicar como modernização a substituição da lâmpadas por LEDs em série com resistores de 330 ohms a 1k, conforme o brilho desejado.
Este tipo de projeto é dedicado ao modelista que, mesmo sem conhecer eletrônica profundamente deseja aprender seus rudimentos e utilizar seus recursos na montagem de interessantes equipamentos que tornem mais realistas seus modelos.
De fato, a simplicidade deste circuito permite-nos incluí-lo na secção de hobistas, ainda não familiarizados com as técnicas de montagem. O número de componentes reduzido, seu baixo custo, permitem sua realização sem maiores problemas, bastando que o leitor disponha de algumas ferramentas comuns e de um soldador.
Como esta secção tem por finalidade justamente permitir que mesmo os que pouco ou nada entendam de montagens eletrônicas possam executar o projeto e com isso iniciar-se neste “hobby", a descrição do projeto será bastante pormenorizada, principalmente no que se refere às técnicas de montagem.
O CIRCUITO
O semáforo eletrônico que descrevemos consiste num circuito que automaticamente, em intervalos regulares, comuta duas lâmpadas, uma vermelha e uma verde, ou um par delas.
As lâmpadas ou diodos emissoras de luz (LED) podem permanecer acesas por intervalos de 10 a 50 segundos, conforme os valores dos componentes usados, sobre o que daremos informações na ocasião oportuna.
Praticamente sem modificações no circuito básico, mas tão somente na ligação das lâmpadas, poderemos usar o mesmo semáforo com tensões de alimentação compreendidas entre 3 e 12 Volts, com uma corrente máxima da ordem de 200 mA o que tornará possível a ligação de até 4 lâmpadas de cada cor no mesmo circuito.
O circuito básico, que descrevemos permite a alimentação de 4 lâmpadas de 50 mA © 6 V em série, o que possibilita a ligação em circuitos de 12 Volts, tensão esta usada nos autoramas e ferrovias miniatura.
As lâmpadas são ligadas de tal forma que tenhamos sempre uma verde e uma vermelha acesas, abrindo o sinal para uma via e fechando o tráfego para a outra (figura 1).
O número de lâmpadas, para este caso, deve ser limitado a 4 por ramo, o que permite que o mesmo circuito alimente, por exemplo, 4 semáforos sincronizados numa cidade miniatura, com bastante folga para os transistores (figura 2).
A quantidade de componentes usada é bastante pequena (apenas 6) e sua montagem poderá ser feita numa placa de fiação impressa ou ainda numa ponte de terminais, conforme sugerem as ilustrações.
Para o caso da alimentação de LED, que podem ser encontrados já nas cores verde e vermelho, como a corrente de alimentação é menor, um número maior de semáforos pode ser controlado a partir do mesmo circuito. O LED verde, devemos alertar o leitor, é bem mais caro que o LED vermelho cujo custo é da mesma ordem das lâmpadas incandescentes comuns (figura 3).(Isso em 1976.)
COMO FUNCIONA
Um transistor funciona como um interruptor que pode ser acionado por uma cor rente bastante fraca. Assim, se uma pequena corrente for forçada a circular através de sua base, uma corrente proporcionalmente maior circulará através de seu coletor.
A intensidade da corrente de coletor dependerá da intensidade da corrente de base e do tipo de transistor usado. Normalmente, o ganho de corrente, como é chamada a relação entre as duas correntes, é da ordem de 20 a 500.
Podemos dizer que, se um transistor tiver no seu circuito de coletor uma lâmpada, ou seja, se for ligado em série com uma lâmpada, ele poderá funcionar como um interruptor acionado externamente por uma corrente que seja “forçada" através de sua base.
O transistor ligará quando a corrente for estabelecida na sua base, e desligará quando a corrente for interrompida na sua base.
Um capacitor é um componente que armazena uma carga elétrica, ou seja, pode ser “carregado" com energia elétrica quando conectado a uma fonte de alimentação uma pilha, por exemplo.
Quando ligamos um capacitor a um circuito, ele pode se carregar numa velocidade que dependerá de sua capacitância, isto é, da quantidade de cargas que pode armazenar.
Durante esta carga circulará uma corrente que durará até o instante em que o capacitor estiver carregado. Para descarregar o capacitor bastará que se curtocircuite seus dois terminais (figura 5).
O circuito multivibrador astável ou instável, que é a base de nosso semáforo, funciona aproveitando as duas propriedades descritas dos transistores e dos capacitores.
São usados basicamente dois transistores (Q1 e Q2) e dois capacitores (C1 e C2) conectados de tal modo que, em cada instante, apenas um dos transistores pode permitir a circulação de corrente através de seu coletor.
Assim, se nos coletores dos transistores tivermos conectadas lâmpadas, em cada instante apenas uma delas poderá estar acesa. Quando uma apagar a outra obrigatoriamente acenderá e vice-versa.
Para haver uma comutação das lâmpadas em período regular, isto é, fazer com que os estados de condução e não condução dos transistores sejam trocados, aproveitamos justamente o tempo de carga e descarga dos capacitores. (figura 6)
Assim, enquanto um dos capacitores se carrega apenas um transistor conduz. Em seguida, este capacitor se descarrega e o outro começa a se carregar quando então os estados de condução dos transistores são trocados, isto é, uma das lâmpadas apaga e a outra acende.
O circuito permanecerá neste ciclo de comutação indefinidamente numa velocidade que depende dos valores dos capacitores e dos resistores ligados às bases dos transistores que dosam as correntes de carga. Quanto maiores forem os capacitores, ou seja, quanto maiores forem suas capacitâncias, mais lento será o ciclo de operação do semáforo.
O leitor poderá, portanto, alterar a capacitância de C1 e C2, obtendo ciclos diferentes de operação para o semáforo. Quando da aquisição dos capacitores poderá então comprar unidades de diversos valores que experimentará até obter os efeitos desejados.
FERRAMENTAS PARA A MONTAGEM
As ferramentas usadas na montagem deste semáforo são as que normalmente se encontram nas bancadas de amadores da eletrônica: o leitor deve dispor de uma chave de fenda pequena, um alicate de corte, um alicate de ponta e de soldador de pequena potência, no máximo 30 Watt, acompanhado de solda de boa qualidade.
Para os trabalhos de soldagem deve sempre usar solda 60/40 e manter o ferro bem aquecido com sua ponta estanhada.
OS COMPONENTES
Q1, Q2 - Os transistores usados para esta montagem são do tipo 2SB75 ou 2SB175 em função dos quais fazemos as ilustrações, mas praticamente qualquer transistor equivalente a eles podem ser usados como o AC128, AC188, PB6004, respeitando-se sua ligação.
A identificação dos terminais é feita em função da marca lateral que corresponde ao terminal de coletor. O terminal central corresponde à base (B) e o terminal oposto ao emissor (E).
C1, C2 - São capacitores eletrolíticos de 220 a 1 000 uF (microfarads) para uma tensão de operação mínima de 12 Volts. É importante observar que estes componentes são polarizados, isto é, tem maneira certa de serem ligados. Veja a identificação dos seus terminais conforme o desenho.
R1, R2 - São resistores de 15 k ©1/8 Watt. Estes componentes podem ser encontrados com facilidade na maioria das casas de material eletrônico.
L1, L2 - As lâmpadas sugeridas para esta montagem são do tipo Philips 7121D que operam com tensões de 6 Volts e correntes de 50 mA. Essas lâmpadas possuem base rosqueada e podem fornecer uma boa iluminação para o semáforo de brinquedo. Para o caso de LED praticamente qualquer tipo servirá, devendo apenas ser ligado em série um resistor de limitação (figura 3).
MONTAGEM
Como normalmente se usa neste caso, a montagem deve ser feita num painel de fiação impressa. De maneira simplificada podemos dizer que um painel de fiação impressa consiste numa base de fibra ou fenolite em que as ligações são tiras de cobre finíssimas impressas no próprio material. A confecção de um painel pode ser resumida da seguinte maneira:
a) Adquira uma placa de fiação impressa virgem nas proporções desejadas e percloreto para a sua preparação.
b) A placa de fiação impressa tem um lado cobreado e outro não. Depois de limpar o lado cobreado, corte no tamanho dado pelo desenho (figura 6) e com esmalte diluído ou símbolos autoadesivos elabore as conexões conforme ilustrado na mesma figura 6.
c) Prepare o percloreto dissolvendo-o em água morna. Para a obtenção de uma boa solução que servirá para a preparação de muitos outros circuitos, dissolva 1 kg de percloreto em 2 litros de água morna.
d) Coloque um pouco da solução numa bandeja de plástico ou vidro e coloque a placa de circuito impresso preparada com o lado cobreado para baixo de modo que ela flutue no percloreto. Deixa-se em banho durante 20 a 30 minutos.
e) Após esse período, retire a plaqueta e verifique se o percloreto dissolveu o cobre nas áreas não cobertas pelo esmalte ou pelos símbolos. Se restar alguma mancha de cobre deixe a placa na solução por mais alguns minutos.
f) Uma vez corroída, retire a placa da solução, lave-a em água limpa e depois remova o esmalte ou os símbolos com algodão embebido em acetona. As ligações cobreadas devem aparecer perfeitas.
g) Uma camada de verniz pode ser passada sobre a placa para sua proteção.
h) A furação para a passagem dos terminais dos componentes pode ser feita com uma broca de 0,8 ou 1 mm de diâmetro.
Entretanto, se o leitor preferir, poderá usar outra técnica de montagem. Neste caso, o circuito não ficará tão compacto, mas o seu funcionamento será perfeito se nenhum erro for cometido. Usamos neste caso uma ponte de terminais isolados com base para a soldagem dos componentes (figura 7).
Neste caso, observe cuidadosamente os polos dos capacitores C1 e C2 e a posição dos transistores. Não deixe também que fios descascados encostem entre si ou em partes metálicas. Fixe a ponte de terminais numa base de madeira para maior segurança.
LIGAÇÔES E SUGESTÔES
Na figura 8 temos uma sugestão de fonte de alimentação separada para o semáforo.
O transformador usado é do tipo de 110 ou 220 Volts © 6 Volts que deve ter uma corrente de pelo menos 250 mA de secundário.
Na figura 9 temos o processo de ligação de duas lâmpadas em série quando o circuito tiver de ser alimentado por 12 Volts.
Com relação às ligações das lâmpadas recomendados que os fios não tenham mais do que 3 metros de comprimento, pois as perdas no condutor poderão enfraquecer bastante o brilho das lâmpadas.
O diagrama completo do semáforo é dado na figura 10.
OBSERVAÇÃO
O mesmo circuito pode acionar relês que controlarão lâmpadas muito maiores ou dispositivos de aviso.
