Como projetar um circuito que ao simples toque dos dedos ligue uma carga de alta potência e mantenha neste estado durante um certo tempo? Os circuitos encontrados nas diversas publicações técnicas normalmente são de tempos fixos, ou biestáveis, o que nem sempre está de acordo com as necessidades do projetista. Veja como calcular o tempo de acionamento neste interessante artigo teórico-prático.
A pequena corrente que circula entre os dedos de uma pessoa quanto toca um eletrodo sensível é suficiente para acionar muitos tipos de circuitos eletrônicos sensíveis. Transistores, circuitos integrados e SCRs podem perfeitamente mudar de estado com correntes não maiores que 0,1 mA, que são insuficientes para causar qualquer tipo de sensação de choque nas pessoas (fig. 1).
O que propomos neste artigo é o projeto de uma chave monoestável de toque que, com a ajuda de um relé, pode controlar cargas de altas potências, mantendo-as ligadas por um tempo pré-determinado e ajustável numa boa faixa.
Na figura 2 mostramos o gráfico do princípio de operação básica do circuito que nos propomos demonstrar ao leitor como calcular, e levá-los aos valores finais de um projeto prático.
O pulso de estimulo do circuito consiste numa transição de um nível HI para um nível LO cuja duração pode ser muito menor que o tempo de acionamento previsto para a carga. São admitidos tempos de milésimos de segundo para este pulso negativo de disparo.
Com a presença do pulso de estímulo negativo obtemos uma transição do nível LO para o nível HI de saída por um tempo fixo independente do tempo de estímulo, isso faixa que se situa entre de segundo até 20 ou meia hora, conforme os componentes usados.
COMO FAZER
A disponibilidade de circuitos integrados específicos para esta finalidade sem dúvida moita o projeto de um interruptor de toque temporizado demo o que propomos. Na verdade, o que precisamos é simplesmente de uma configuração monoestável que facilmente pode ser exercida por um integrado do tipo 555.
As aplicações práticas deste integrado já são bastante conhecidas dos nossos leitores, em vista de sua popularidade, de modo que não precisamos entrar em pormenores sobre sua estrutura interna básica ou seu princípio de funcionamento.
Partimos simplesmente da configuração monoestável que vai ser usada no projeto de nosso interruptor de toque, mostrada na figura 3.
Nesta configuração, o pulso consiste numa transição negativa de curta duração que leva o integrado ao disparo. Sua saída inicialmente no nível O (LO) passa ao nível HI (+Vcc) excitando facilmente um relé, pois o 555 tem uma corrente máxima de saída de 200 mA.
O tempo que a saída permanece no nível HI independe da duração do pulso de entrada e pode ser dado pela fórmula:
T= 1,1. R. C
onde R é a resistência em ohms e C a capacitância em farads.
Algumas limitações de valores existem para os componentes em questão. Assim, não se recomenda que R tenha valores inferiores a 1 k ohm e nem superiores a 3,3 M ohms. Do mesmo modo, o valor mínimo de C é de 500 pF e seu valor máximo é apenas limitado pela qualidade do componente, que não deve ter fugas.
Na figura 4-A damos um gráfico que nos permite calcular os tempos para diferentes valores de R e de C.
No nosso projeto prático, usaremos um "R” variável entre 10 k ohms e 480 k ohms dados pela resistência simples de 10 k ohms num extremo até 10 k ohms somados com o máximo de um potenciômetro de 470 k ohms em outro.
Supondo um capacitor de 100µF, podemos facilmente calcular os intervalos de tempo obtidos:
a) tempo mínimo: R = 10 k ohms e C = 100µF
T = 1,1 x 104 102 x 10-6
T= 1,1 x 1
T = 1,1 segundos
b) tempo máximo: R = 480 k ohms e C = 100µF
T = 1,1 x 48. 104 x 102 x 10-6
T = 52,8 x1
T = 52,8 segundos
Tendo em vista estes cálculos, o leitor pode perfeitamente fixar valores novos de C para a faixa de tempo desejada e até mesmo substituir o potenciômetro de 470 k ohms por um resistor fixo que leve diretamente ao intervalo desejado. Um trimpot menor em série pode servir para um ajuste mais crítico no caso em que for exigida precisão de funcionamento.
O ACIONAMENTO
Conforme explicamos, o acionamento se faz com a transição negativa do sinal de entrada. Inicialmente no nível HI, o pino 2 do integrado deve ser levado a um valor próximo a zero para que ocorra o disparo. Uma maneira de se conseguir isso a partir de uma corrente positiva é mostrada 4, já que o simples contato dos dedos entre este pino e a terra seria insuficiente para levar o circuito ao disparo.
Neste circuito usamos um transistor NPN de uso geral e dois resistores.
Na condição de ausência de corrente de base, quando os sensores não são tocados, o transistor comporta-se como uma chave aberta, ou seja, a resistência entre seu emissor e o coletor é muito alta em relação a R2. Deste modo, a tensão do pino 2 do integrado é praticamente igual a Vcc, mantendo-o na condição de não disparado.
No momento em que os sensores forem tocados, uma corrente de base pode circular, polarizando o transistor no sentido de condução. Sua resistência entre coletor e emissor cai então a um valor suficientemente baixo em relação a R2 para que a tensão de coletor, e, portanto, no pino 2, seja praticamente zero, a condição necessária ao disparo do integrado.
O elevado ganho do transistor permite que resistências muito altas de contato sejam suficientes para provocar esta transição. A sensibilidade do circuito fica deste modo assegurada.
Mas, se mesmo com um transistor de alto ganho como o BC548, ainda assim a sensibilidade não for suficiente para a aplicação desejada, tem-se o recurso da utilização de um Darlington feito com dois transistores BC548, conforme mostra a figura 5.
Passando ao circuito de carga, este pode ser um relé sensível de 6 ou 12 V, conforme a tensão de alimentação usada. Para 6 V podemos usar relés sensíveis como o RU 101 006 ou o MC2 RC1, e para 12 V podemos usar o RU 101 012 ou então o MC2 RC2.
Um diodo em paralelo com as bobinas dos relés evita que a alta tensão inversa induzida na abertura ou fechamento dos contatos possa causar algum dano ao integrado.
O circuito de carga controlado depende da capacidade dos contatos dos relés de 4 A para os RU e de 2 A para os MC.
O PROJETO FINAL
Chegamos finalmente ao circuito final, que pode ser modificado em relação ao tempo, conforme o gosto de cada leitor e, evidentemente, suas necessidades.
Na figura 6 temos o circuito que pode ser alimentado com 6 ou 12 V, conforme o relé.
A placa de circuito impresso para uma montagem compacta é mostrada na figura 7. Como os dois reles sugeridos têm bases diferentes, deixamos a ligação deste componente "por fora", para que o leitor a projete depois de ter o componente em mãos.
Na montagem, tenha os seguintes cuidados:
— Observe a posição certa do integrado e se possível monte-o num soquete apropriado (DIL de 8 pinos).
— Para o transistor tenha também o cuidado de observar sua posição. O diodo Dl e os capacitores eletrolíticos são polarizados.
— Ligue o potenciômetro com fios curtos comuns. Os resistores são todos de 1/8 W e seus valores são dados pelas faixas coloridas.
PROVA
Se encostando um sensor no outro, ou curto circuitando-se com um pedaço de fio, não houver acionamento, troque o transistor. Se curto circuitando o coletor com o emissor do transistor não houver acionamento, troque o integrado.
Se o funcionamento for normal no teste, mas não com o toque dos dedos, isso significa falta de sensibilidade. Use um par de transistores em ligação Darlington em lugar de um.
CI1 — 555 - circuito integrado
Q1 — BC548 - transistor NPN
D1 — 1N914 - diodo de silício
C1— 100 µF x 16 V - capacitor eletrolítico
C2 47 µF x 16V – capacitor eletrolítico
PI — 470 k ohms - potenciômetro
R1 - 100 k ohms x 1/8 W - resistor (marrom, preto, amarelo)
R2 — 4,7 k ohms x 1/8 W - resistor (amarelo, violeta, vermelho)
R3 — 10 k ohms x 1/8 W - resistor (marrom, preto, laranja)
K1 — relé de 6 ou 12 V — ver texto
Diversos: placa de circuito impresso, fios, solda, caixa para montagem, fonte de 6 ou 12 V etc.
