Este circuito pode ser modificado para acionar um relé e com isso acionar um sistema de aviso mais potente. O emprego de um transístor de efeito de campo na entrada, garante-lhe uma boa sensibilidade à aproximação de qualquer corpo, principalmente se este estiver dotado de alguma carga elétrica. Na forma básica, trata-se de excelente projeto experimental para demonstrações em salas de aula ou feira de ciências ou ainda, como simples curiosidade. Aperfeiçoado poderá ser usado em muitas utilidades práticas.
Nota: Artigo da revista Elétron 25 dos anos 80. Nessa época Newton C. Braga também usava o pseudônimo de J. Martin.
Existem diversos tipos de alarmes de aproximação. Uns utilizam circuitos osciladores que sofrem alterações quando um corpo se aproxima de seu sistema ressonante. Outros, como este, se baseiam na existência de uma carga estática no objeto a ser detectado. Com um transistor de efeito de campo ria entrada, conseguimos uma excelente sensibilidade, que permite a detecção de objetos a uma distância de até uns 30 cm do elemento sensor.
O alcance pode ser aumentado ainda mais, mas o circuito torna-se crítico, pois até mesmo a passagem de uma nuvem de chuva, um pouco "carregada" poderia causar seu disparo, tal sua sensibilidade.
Na versão básica, o sistema dispara um oscilador de áudio que emite um som com duração variável e bom volume. Nada impede que o leitor modifique este circuito, substituindo o oscilador por um driver para relé, conseguindo assim o controle de cargas de maior potência, como por exemplo uma sirene, buzina ou mesmo um motor. Esta modificação é mostrada na figura 1.
Observamos que este sistema não serve para a proteção de objetos de grande porte como carros e motos, pois devido justamente a sua sensibilidade o disparo seria errático.
Configurações especiais para o sensor deveriam ser criadas para este caso, possibilitando sua atuação de modo direcional e assim proteger tais objetos, mas a ligação direta é problemática. A alimentação do circuito é feita com tensões a partir de 6 V provenientes de pilhas comuns e o consumo de corrente na condição de espera é bastante baixo.
Como Funciona
O detector consiste num pedaço de fio desencapado ou simplesmente uma folha de metal que é ligada à comporta (G) de um transistor de efeito de campo MPF102 ou BF245. Na figura 2 ternos a estrutura interna simplificada deste transistor.
Na ausência de cargas na comporta, a corrente flui livremente do dreno (d) para o suprídouro (s) sem qualquer alteração de sua intensidade.
Se uma carga elétrica for aplicada a comporta, conforme sua polaridade, o canal existente para a passagem da corrente entre o suprídouro e dreno estreita ou alarga, alterando assim a resistência à passagem desta corrente principal.
Pela carga de comporta podemos então controlar a corrente entre o suprídouro e o dreno. Como não há circulação de corrente entre a comporta e os demais elementos, o transístor de efeito de campo apresenta uma elevadíssima impedância de entrada (muitos megohms), podendo detectar cargas elétricas estáticas com certa facilidade.
Atritando um pente na roupa e aproximando-o da comporta, teremos uma carga suficiente para haver um controle total da corrente entre o dreno e o suprídouro. No nosso circuito, para aumentar ainda mais a sensibilidade do sistema, ligamos o transístor de efeito de campo a um amplificador operacional do tipo 741.
Na entrada não inversora (+) do operacional (pino 3) é aplicado um potencial de referência, que justamente é o potencial que aparece entre o dreno de Q1 e R1 na condução de ausência de excitação no sensor. Deste modo, a tensão de saída do operacional é zero na ausência de excitação, ou no máximo em tomo de poucos volts, dependendo da existência de fugas no sistema.
O potenciômetro R6 controla o ganho do operacional e portanto a sensibilidade do alarme, atuando sobre a realimentação negativa. Na posição de máxima resistência o portanto mínima realimentação, temos o ganho máximo.
Na saída do operacional ligamos um trimpot que serve para ajustar a polarização da etapa seguinte. Esta etapa consiste num oscilador de áudio, com dois transístores complementares, cuja frequência é dada basicamente pelo capacitor no circuito de realimentação e pela própria polarização dada pelo trimpot. Este oscilador alimenta diretamente um alto-falante com boa potência.
O circuito poderá operar com tensões de 6 a 9 V sem modificações e de 12 V com a troca do transístor PNP por um BD135 para se obter maior volume de som no alto-falante.
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Neste caso, este transistor deverá ser montado num radiador de calor.
Montagem
Na figura 3 temos o diagrama completo do alarme. Nossa sugestão de placa de circuito impresso, é mostrada na figura 4. O transistor de efeito de campo pode ser o MPF102 ou BF245 que entretanto possuem disposições de terminais diferentes. A placa está projetada para o MPF102. Observamos que estes transistores são muito sensíveis a cargas estáticas elevadas o que significa que devemos ter cuidado no seu manuseio, evitando tocar nos seus terminais e tocar no sensor objetos carregados.
O integrado é do tipo 741, devendo ser montado num soquete e os demais componentes são absolutamente comuns como os resistores de 1/8 ou 1/4 W e o capacitor que pode ser de poliéster ou cerâmico. Para a alimentação foram usadas 4 pilhas, mas como informamos, podem ser empregadas tensões maiores.
O sensor consiste num pedaço de fio de até 10 cm desencapado, e o fio de ligação ao aparelho não deve ter mais de 1 metro de comprimento. Se for usada placa sensora, o tamanho máximo estará em torno de 10 cm de lado, e se for usado fio de ligação, igualmente seu comprimento não deve superar 1 metro. Para comprimentos maiores podem ser experimentados fios blindados.
Na figura 5 temos uma ideia de sensor que permite obter comportamento direcional para o sistema
A malha que forma a blindagem deve ser aterrada.
Prova e uso
Ligue o sistema. Se o alarme disparar veja se o sensor não está grande demais, bastando para isso retirá-lo do circuito. Se o alarme voltar ao normal, quando o sensor for retirado, reduza seu tamanho. Se com a retirada do sensor o alarme ainda continuar disparado, verifique a possibilidade de alterar o valor de R2 ou R3.
Colocado em condições de funcionamento, aproxime sua mão do sensor para verificar o disparo. Atrite o pé em um tapete para "carrega?' o corpo de eletricidade estática e aproxime a mão do sensor. Deve ocorrer um aumento da sua sensibilidade. O ajuste de sensibilidade deve ser feito em R6 que, para as provas iniciais deve estar na posição de máxima resistência.
Lista de Material
Q1 — MPF102 ou equivalente — transistor de efeito de campo
C1-1 — 741 — Circuito integrado
Q2 — BC548 ou equivalente — transistor NPN de uso geral
Q3 — BC558 ou equivalente — transistor PNP de uso geral
FTE — Alto-falante de 8 ohms
B1 — 6V ou mais — ver texto
S1 — Interruptor simples
R1 — 100K resistor (marrom, preto, amarelo)
R2, R4, R5 — 10K — resistores (marrom, preto, laranja)
R3 — 2K2 resistor (vermelho, vermelho, vermelho)
R6 — 100K trimpot
R7 — 22K resistor (vermelho, vermelho, laranja)
R8 — 1 K5 resistor (marrom, verde, vermelho)
C1 — 100 µF x 16V — capacitor eletrolítico
C2 — 100 nF — capacitor cerâmico ou de poliéster
Diversos: placa de circuito impresso, fios, suporte para pilhas, sensor, caixa para montagem, etc.
