Você gostaria de incrementar seu equipamento de som com um conjunto de mini-lâmpadas de diversas cores, capazes de piscar no mesmo ritmo da música? Se a resposta sua é sim, então veja neste artigo como você poda não só ter um conjunto de LEDs rítmicos de alta qualidade que além de não roubar potência de seu amplificador (o que acontece com as não recomendáveis "ligações diretas") como também permite a utilização de um número enorme de LEDs sem sobrecarregar o circuito.
Obs. Este artigo é do livro Brincadeiras e Experiências com Eletrônica – Volume 7 cuja edição original é de 1980. No entanto, o projeto ainda pode ser montado com componentes comuns.
Não são poucos os que gostam de incrementar seus aparelhos de som que ligam na saída de seus amplificadores os LEDs (Iight emitting díodes) que são pequenos dispositivos eletrônicos que acendem quando percorridos por uma corrente, fazendo portanto as vezes de lâmpadas. Ligados diretamente nas saídas das caixas estes LEDs acompanham o ritmo da música, dando um efeito muito interessante de mini-luzes rítmicas.
No entanto, a ligação direta dos LEDs na saída do amplificador apresenta graves inconvenientes. O primeiro é que os LEDs sendo sensíveis a picos de potência no sentido inverso podem queimar-se com extrema facilidade se não dispuserem de nenhum dispositivo de proteção.
O segundo é o fato do LED “roubar" potência do amplificador, pois ele acende com a corrente que deveria converter-se em som e passa a converter-se em luz. Se o número de LEDs for grande além de roubarmos uma boa parcela da potência do amplificador ainda estaremos correndo o perigo de sobrecarregar a etapa de saída do amplificador com possíveis danos para seus componentes.
O projeto que apresentamos de LEDs rítmicos não tem todos estes inconvenientes.
Tendo sua fonte de alimentação separada do amplificador ele admite um número enorme de LEDs (até 50!) sem qualquer problema de sobrecarga ao amplificador.
Na verdade o circuito precisa de apenas 0,001W para funcionar o que significa que até mesmo um radinho portátil de 2 pilhas pode fazer todos os 50 LEDs piscarem! Esta característica é importante se levarmos em conta que não precisamos temer qualquer perda de volume do amplificador ou problemas de dano aos seus componentes.
O sistema é absolutamente isolado do amplificador e funciona com qualquer potência de saída!
O segundo ponto positivo do projeto está no brilho conseguido para os LEDs que não depende da potência do amplificador, acendendo todos fortemente com o som, porém totalmente protegidos contra sobrecargas ou polarização inversa, o que garante uma segurança total de funcionamento para o aparelho.
Conforme os leitores poderão constatar a montagem deste sistema de LEDs rítmicos é extremamente simples, sendo usados poucos componentes, de baixo custo. Até mesmo os leitores com menos experiência poderão ter êxito nesta montagem.
COMO FUNCIONA
O que temos no caso é um sistema de luz rítmica convencional em que a alimentação de uma lâmpada incandescente comum é substituída por uma série de LEDs.
Como os LEDs têm um comportamento elétrico completamente diferente de uma lâmpada comum, é justamente por este componente que começamos nossa análise do princípio de funcionamento do circuito.
Na figura 1 temos então o símbolo e a aparência de um LED comum.
Trata-se de um dispositivo semicondutor, ou seja, um dispositivo eletrônico em que se usam materiais semicondutores que são responsáveis por suas propriedades elétricas.
Temos então um cristal de arseneto de gálio (GaAs) que ao ser percorrido por uma corrente emite luz, exatamente como uma lâmpada comum,
O tipo de material empregado e as suas impurezas determinam a cor da luz emitida. Os mais comuns são os que emitem luz vermelha, sendo consequentemente os mais baratos. Um pouco mais caros são os LEDs que emitem luz verde e amarela.
Obs. Na época os LEDs eram ainda uma novidade e não existiam a baixo custo os tipos que hoje são comuns. Assim, os LEDs de cores até o azul e violeta podem hoje ser encontrados o que não ocorria na época em que o livro foi escrito.
O comportamento elétrico do LED, no entanto, é bem diferente do que seria esperado para uma lâmpada comum. As lâmpadas comuns acendem qualquer que seja o sentido da corrente que as percorre, ou seja, não têm polaridade para ligação, conforme mostra a figura 2.
Os LEDs, por outro lado, só acendem quando a corrente circula num sentido, e se esta corrente for forçada a circular no sentido oposto, teremos sua queima, dai a necessidade de se fazer sua alimentação de maneira bem planejada.
Para que o LED também não queime pelo excesso de corrente, se a tensão que o alimenta estiver acima de certo valor, temos de ligar em série com o mesmo um resistor de valor apropriado. A figura 3 mostra um circuito de alimentação de um LED com duas pilhas com o resistor de limitação de corrente.
Veja o leitor que se ligarmos um LED diretamente às duas pilhas sua queima será imediata por não haver um limitador de corrente. Não tente de modo algum, portanto, testar seus LEDs ligando-os à pilhas ou outras fontes de alimentação sem ter um resistor de valor apropriado em série.
Na hora de ligar o LED no circuito será muito importante observar sua polaridade para que a corrente circule do modo certo e ele funcione corretamente.
Voltando agora ao nosso circuito, podemos fazer um diagrama de blocos para explicar o seu funcionamento na totalidade. Este diagrama é mostrado na figura 4.
Temos então um circuito de entrada que à partir de uma pequena parcela (0,001W) de potência de seu amplificador faz o disparo de um segundo circuito, denominado de potência que acenderá os LEDs.
O circuito de entrada possui um transformador que isola o amplificador da fonte que alimentará os LEDs.
Este transformador tem sua importância maior no fato de representar um isolamento entre o amplificador e o circuito de alimentação dos LEDs. Protege-se portanto o amplificador contra qualquer problema que possa acontecer com o circuito rítmico.
O circuito de disparo tem por componente básico um SCR (Diodo Controlado de Silício) cujo símbolo e ligação básica são mostrados na figura 5.
Quando alimentado por uma corrente alternada, do tipo fornecido pela rede de 110 e 220 V, o SCR liga ao ser excitado por um pequeno sinal aplicado à sua comporta (gate) e desliga quando o sinal desaparece.
Se o sinal for variável, como ocorre com os que vêm do amplifica dor via transformador, o SCR ligará e desligará acompanhando estas variações que são justamente devidas aos sons reproduzidos. Qualquer dispositivo ligado junto ao SCR ligará e desligará acompanhando o ritmo da música.
Conforme já vimos, uma característica importante deste circuito, é que a potência que o SCR precisa para ligar é extremamente pequena, o que significa que o amplificador não sofre qualquer sobrecarga.
O problema da ligação dos LEDs ao SCR deve ser analisado com cuidado.
Em primeiro lugar devemos levar em conta que os LEDs têm polaridade certa para circulação da corrente que os acende e que se houver inversão pode ocorrer sua queima.
Em segundo lugar devemos lembrar que a limitação de corrente deve ser feita por meio de um resistor externo e que uma vez bem calculado, não precisamos nos preocupar com a tensão do circuito (mesmo que seja 110 ou 220 V).
Assim, temos na figura 6 a ligação dos LEDs ao SCR, no caso apenas 5, não havendo qualquer modificação de circuito mesmo com até 20 LEDs.
Para mais de 20, deve ser reduzido o valor do resistor segundo tabela que daremos oportunamente.
O resistor tem então por função limitar a corrente do circuito enquanto o diodo evita que tensões inversas possam causar qualquer problema aos LEDs, mesmo que o SCR entre em curto.
OBTENÇÃO DO MATERIAL
Como sempre o material eletrônico pode ser conseguido com facilidade nas casas e fornecedores especializados. Para a parte mecânica da montagem deve entrar em cena a imaginação de cada um. A maneira de se fazer a caixa, a fixação dos LEDs, sua disposição e o painel dependem de cada um, se bem que os montadores menos experientes possam se basear totalmente nas nossas sugestões.
Começamos por analisar o material eletrônico que deve ser usado:
Os LEDs são sem dúvida os componentes que em primeiro lugar devem ser analisados. Praticamente qualquer LED, de qualquer tipo ou cor pode ser usado. Será sempre conveniente que se o leitor usar LEDs de cores diferentes, pelo menos seus tamanhos sejam os mesmos. Os LEDs recomendados são os do tipo para uso geral de baixo custo, com o formato mostrado na figura 7.
Observe que estes LEDs possuem uma parte chata em seu invólucro que é importante, pois determina o modo de sua ligação.
O SCR pode ser o C106, MCR106, ou IR106 para uma tensão de 200 V se a sua rede for de 110 V e para 400 V se sua rede for de 220 V.
O transformador é do tipo usado em circuitos à válvulas. Peça por um transformador de saída para a válvula 6AQ5 ou 50C5 e estará tudo resolvido.
Observe que o enrolamento de fio esmaltado vai ligado ao circuito de entrada e o enrolamento de fio flexível plástico vai ao circuito de disparo do SCR.
Na falta deste transformador, o leitor pode experimentar usar um transformador de alimentação para 6, 9 ou 12 V x 250 mA (ou pouco mais) ligando o enrolamento de baixa tensão no circuito de entrada.
Os resistores R1 e R3 são determinados pela potência de seu amplificador, pela tensão de sua rede de alimentação e pelo número de LEDs que você pretende alimentar.
As tabelas são dadas a seguir:
O resistor de 47k (R2) não é crítico, sendo seu valor constante, para qualquer potência e tensão da rede.
O capacitor C1 pode ser de qualquer tipo e seu valor situar-se-á na faixa de 4,7k à 47 k. A escolha do valor está determinada pelo tipo de som que o leitor deseje que os seus LEDs acompanhem.
Se quiser que a resposta seja mais intensa nos graves deve usar um capacitor maior e se quiser mais intensa nos agudos deve usar um capacitor menor.
Com relação à caixa, como os componentes usados são pequenos o leitor pode partir d uma de plástico ou madeira de aproximadamente10 x 15 x10 cm para a montagem com os LEDs no painel e o controle de sensibilidade, um potenciômetro comum de 47k no qual teremos também o interruptor geral ligado.
Se a caixa usada for de metal o leitor deve ter o máximo de cuidado em manter todas as ligações isoladas da mesma para que não ocorram problemas de curto-circuitos.
A seguir, descrevemos a montagem geral, com os eventuais problemas que os menos experientes poderão encontrar.
MONTAGEM
Os poucos componentes eletrônicos que exigem uma sustentação pelos próprios terminais podem ser soldados numa ponte de terminais não sendo preciso portanto confeccionar nenhuma placa de circuito impresso.
Este fato facilita a montagem principalmente para os principiantes que não tenham muitos recursos técnicos em sua oficina.
Os componentes maiores como o transformador e o potenciômetro são então fixados na própria caixa enquanto que os menores são soldados diretamente numa ponte de terminais. Os LEDs serão todos fixados no painel conforme a disposição que o leitor imaginar.
As soldagens devem ser feitas com um soldador de pequena potência (máximo 30 W) e como ferramentas adicionais o leitor terá de dispor de um alicate de corte lateral, um alicate de ponta, chaves de fenda e uma lâmina para descascar fios.
Na figura 8 damos então o circuito completo dos LEDs RÍTMICOS, com os valores dos componentes. R1 e R3 são determinados pela tabela conforme a potência do seu amplificador, o número de LEDs ligados e a tensão de sua rede.
Na figura 9 damos a disposição dos componentes na ponte de terminais e também sua colocação na caixa.
Depois de preparar a caixa para a montagem, fazendo a furação para o potenciômetro, os LEDs, os fios de entrada de som e rede, aqueça o soldador e faça a ligação dos componentes da seguinte maneira:
a) Comece soldando o SCR na ponte de terminais, observando sua posição de acordo com o desenho. Veja pela figura 10 a identificação dos terminais se o seu SCR for de tipo diferente.
b) Solde a seguir o diodo, D1 observando a sua polaridade dada pelo anel em seu corpo. Esta soldagem deve ser feita rapidamente para que o calor não o afete.
c) Para soldar o resistor R2 não é preciso nenhum cuidado especial a não ser evitar o excesso de calor que pode danificá-lo. O valor deste componente é dado pelos seus anéis coloridos.
d) Solde em seguida o resistor R3 que limita a corrente dos LEDs. Veja qual deve ser o valor deste resistor em função do número de LEDs que você pretende usar. Para a versão de 5 LEDs com alimentação de 110 V use um resistor de 2,2 k com 10 W de dissipação. Veja que na soldagem, este componente não deve ter seus terminais cortados muito curtos, pois parte do calor gerado é dissipado por eles. O corpo do componente deve também ficar afastado dos demais componentes para evitar que o calor gerado os afete. Solde também o capacitor C1.
e) Termine a soldagem dos componentes na ponte com o díodo D2. Observe sua posição que é dada em função do anel pintado em seu corpo.
f) Com os componentes soldados na ponte, fixe o transformador, os bornes de entrada, o potenciômetro e os LEDs. Faça então as interligações destes componentes todos com a ponte usando para esta finalidade fio flexível de capa plástica. Use fios de comprimento suficiente para poder mexer à vontade com a ponte sem o perigo de rompimento. Veja também que o resistor R1, cujo valor depende da potência do amplificador é soldado diretamente entre a ponte de terminais de entrada e o transformador.
g) Para a ligação do transformador é muito importante que o leitor observe a posição deste componente. O enrolamento de fios esmaltados mais grossos vaí a entrada de som, enquanto que o enrolamento cujos fios terminais são flexíveis de capa plástica (primário) vai ao potenciômetro e ao capacitor.
Complete a montagem soldando o cabo de alimentação. Veja na soldagem dos LEDs se todos estão ligados corretamente. A figura 11 mostra como estes componentes podem ser ligados.
Completada a montagem, confira todas as ligações. Estando tudo em ordem você pode fazer a prova de funcionamento e instalação definitiva.
PROVA E INSTALAÇÃO
Na figura 12 é mostrada a maneira de você fazer a ligação da saída do amplificador à entrada do conjunto de LEDs rítmicos.
Veja que não é preciso observar a cor dos terminais de saída. Mesmo havendo inversão o aparelho funcionará normalmente.
Com a ligação feita, acione P1 e coloque o seu amplificador de modo a tocar com meio volume.
Ajuste então P1para que os LEDs pisquem no mesmo ritmo da música.
Se os LEDs não acenderem verifique se nenhum deles está invertido ou queimado, Para esta finalidade com um pedaço de fio,vá curtocircuitando1,2, e depois 3 LEDs em sequência, conforme sugere a figura 13.
Se a retirada de um LED do circuito fizer acender os demais é sinal que ele se encontra queimado.
Em caso de dúvida coloque no circuito, primeiro 1 LED e depois vá ligando os outros.
Se os LEDs permanecerem constantemente acesos verifique o estado do SCR. Experimente ligar entre seu catodo (C) e o gate (G) um resistor de 1 k x 1/8 W.
Para usá-lo o leitor verá que conforme o nível da música será preciso ajustar o potenciômetro.
Se quiser alterar a resposta de frequência de seu conjunto de LEDs rítmicos basta alterar o valor do capacitor C1, à sua vontade.
Como aparelho funcionando normalmente, faça sua instalação definitiva próxima do aparelho de som, fechando sua caixa.
Quando ele estiver fora de uso não é preciso desligá-lo da tomada, pois com os LEDs apagados não há consumo de energia.
SCR - C106, MCR106 ou IR106 - diodo controlado de silício
D1, D2 - 1N4004 ou equivalente - diodo de silício
T1 - transformador de saída (ver texto)
P1 - potenciômetro de 47 k com chave
R1 - ver texto
R2 – 10 k x 1/8 W - resistor (marrom, preto, laranja)
R3 - ver texto
C1 - 4,7 à 47 nF - capacitor de poliéster metalizado
LED1, LED2, etc. - LEDs comuns vermelhos, amarelos ou verdes.
Diversos: caixa para a montagem, ponte de terminais, fios, solda, suporte para os LEDs (optativos), bornes de entrada, cabo de alimentação, etc.
