Base de tempo via rede (ART419)

Relógios digitais, cronômetros, frequencímetros, capacímetros aproveitam em muitos casos, a frequência estável da rede de energia para seu sincronismo interno. Diversas são as maneiras de se obter pulsos em intervalos conhecidos e neste artigo descrevemos um circuito interessante para esta finalidade, pois mesmo usando a rede de energia, tem isolamento total sem necessitar de transformador.

O meio mais simples de se obter um sinal de 60 Hz ou 120 Hz estável, para base de tempo de instrumentos como frequencímetros o capacímetros, ou ainda para aparelhos comuns como cronômetros ou relógios, é a partir de um transformador ligado à rede de energia.

Conforme mostra a figura 1, este mesmo transformador também é usado para a alimentação do aparelho.

Sincronismo via rede com transformador.

No entanto, para um equipamento que deva ser compacto, leve e apresente baixo consumo, o transformador pode representar um ponto crítico do projeto, pois se trata de componente volumoso, caro e pesado.

Uma alternativa interessante para se obter pulsos de sincronismo da rede com isolamento total para servir de base de tempo em circuitos digitais é a que parte de acopladores ópticos.

O projeto que apresentamos é justamente deste tipo: com dois acopladores ópticos este circuito fornece um sinal de 120 Hz na rede de 120 Hz ou 100 Hz se usado numa rede de 50 Hz.

Características:

1. Tensão de entrada: 110/220VCA (50 ou 60 Hz)
2. Frequência de saída: 100 ou 120 Hz
3. Tensão de alimentação: 3 a 15 V
4. Compatibilidade lógica: CMOS

COMO FUNCIONA

Dois acopladores ópticos são ligados em paralelo mas em configuração tal que formam um detector de passagem por zero (zero crossing detector).

Num semiciclo, o LED do primeiro acoplador permanece aceso enquanto que no outro semiciclo o LED do segundo acoplador é que acende. No entanto, na passagem por zero da tensão da rede, nenhum dos LED estará aceso o que é suficiente para aplicar na entrada do 4093B um nível lógico alto.

Neste momento, a tensão de saída da porta do 4093B vai ao nível baixo.

Dependendo do ajuste de P1 podemos ter diversas larguras para o pulso produzido na saída, o que vai depender da aplicação.

O resistor R1 tem um valor que depende da tensão da rede de energia. No diagrama temos um valor sem parêntesis para a rede de 110V e um valor entre parêntesis para a rede de 220V.

Observe que a excitação do acoplador é feita quando a luz do LED infravermelho atua sobre o foto-transistor, não havendo contacto elétrico entre esses dois componentes. Assim, temos um isolamento total da rede de energia que excita o LED, da saída do acoplador que excita o integrado CMOS.

MONTAGEM

Na figura 2 temos o diagrama completo da base de tempo.

Diagrama completo do aparelho.

Se bem que este circuito nas suas aplicações normais vá fazer parte de outro projeto como, por exemplo, a entrada de um cronômetro ou relógio, nada impede que ele seja usado com finalidades didáticas ou experimentais. Para esta finalidade, damos uma placa independente que é mostrada na figura 3.

Placa para uma versão independente.

As outras portas do 4093B podem ser usadas como buffers e inversores adicionais para a obtenção de pulsos simétricos na frequência de 100 Hz ou 120 Hz.

Para a obtenção de 1 pulso por segundo damos na figura 4 um circuito divisor por 120.

Um divisor por 120 para obter 1 Hz

Evidentemente, este caso se aplica apenas à rede de 120 Hz, já que na rede de 50 Hz precisaremos de um divisor por 100.

Os acopladores ópticos podem ser do tipo 4N25 ou equivalentes, e o resistor R1 deve ter uma dissipação de pelo menos 1 W.

PROVA E USO

Para provar, podemos ligar na saída do circuito um frequencímetro ou um osciloscópio e ajustar P1 para obter os pulsos na largura desejada.

O ajuste deve ser feito de modo que o circuito seja o máximo possível imune a transientes que podem provocar seu acionamento errático.