Temporizador duplo (ART1012)

Descrevemos, a seguir, um circuito útil no laboratório, em aplicações industriais e até mesmo no lar. Ele aciona por um tempo determinado um sistema de aviso depois de um primeiro intervalo programado. A dupla programação é útil, pois impede que o temporizador mantenha o acionamento indeterminado da carga que controla.

Temporizadores ou "Timers" são circuitos que acionam ou desligam alguma coisa depois de determinado intervalo de tempo. No entanto, um dos problemas de muitos destes circuitos é que, depois de acionado algum dispositivo, ele permanece desta forma indefinidamente, exigindo a intervenção de um operador humano para que seja desligado.

A dupla temporização é uma solução para este tipo de problema: na primeira temporização determinamos depois de quanto tempo alguma coisa é ligada ou desligada. Na segunda temporização determinamos por quanto tempo esta coisa ficará ligada ou desligada.

Esta modalidade de funcionamento pode ser representada pelo gráfico da figura 1.

Ação do circuito.

No nosso caso, usaremos como base para o projeto um circuito integrado 4093 que, pela elevadíssima resistência de entrada (CMOS) permite que temporizações de até mais de uma hora sejam conseguidas com redes RC comuns, com capacitores de valores facilmente encontrados no mercado especializado.

O circuito é alimentado por tensões de 6 ou 12 V, o que possibilita ao montador escolher se sua versão será alimentada por pilhas, pela rede de energia, ou ainda pela bateria do carro num sistema de alarme.

Características:

* Temporização: dupla

* Faixa de tempos: 10 segundos a mais de uma hora

* Tensões de alimentação: 6 ou 12 V (conforme relé)

* Consumo em repouso: 0,5 mA (tip) com 6 V

COMO FUNCIONA:

O circuito integrado 4093 utilizado como base para este projeto é formado por 4 portas disparadoras NAND de duas entradas. Estas portas podem ser empregadas em diversas configurações como, por exemplo, em inversores e osciladores.

Como inversor, podemos ligá-las ainda como monoestáveis de bom desempenho, que é a configuração básica utilizada na maioria dos circuitos temporizadores, na qual estão os dois circuitos de tempo formados pelas portas CI-1a e CI-1b.

Quando ligamos a alimentação do circuito, fechando a chave s², o capacitor C1 começa a carregar-se lentamente através do resistor R1 e do potenciômetro P1. O ajuste do potenciômetro P1 vai determinar a velocidade desta carga, e portanto a primeira temporização.

Neste processo a tensão nas armaduras do capacitor C1 começa a subir até atingir o valor em que a porta CI-1a interpreta como mudança de nível lógico.

Neste instante, a saída de CI-1a que estava no nível alto passa ao nível baixo.

Com a saída do CI-1a inicialmente no nível alto, o capacitor C2 se mantém descarregado, já que os elementos ligados à outra armadura que são P2 e R2 também estão ligados ao positivo da fonte.

O resultado disso é que tanto o pino 5 como o pino 6 de CI-1b estão no nível alto, e sua saída se mantém no nível baixo.

A terceira porta do circuito integrado é utilizada como um inversor e a quarta também.

Isso significa que, na espera da temporização temos a terceira porta com a saída no nível alto, e a quarta com a saída no nível baixo.

Ligando um transistor que tem como carga de coletor um relé à quarta porta, na condição de espera ou temporização inicial, ele se mantém no corte e o relé desenergizado.

Quando a carga de C1 atinge o valor que dispara a primeira porta do CI-1 (CI-1a), ocorre a inversão de nível lógico de sua saída.

Esta inversão faz com que tenha início a carga do capacitor C2 pelo resistor R2 e pelo potenciômetro P2, e ao mesmo tempo ocorra a inversão de nível lógico da saída de CI-1b.

O resultado disso é o acionamento do relé por um tempo que vai depender justamente do ajuste de P2. Temos nestas condições a segunda temporização do circuito.

Quando a tensão nas armaduras de C2 atingir o valor que possa ser interpretado como mudança de nível lógico, a saída de CI-1b volta a inverter-se e o relé é desenergizado.

O circuito retorna então à sua situação inicial de espera de temporização.

Observe que, para uma nova temporização é conveniente descarregar os dois capacitores. Isso para garantir que esta temporização comece de uma carga zero. Conseguimos isso pressionando por um instante os interruptores de pressão em paralelo com os capacitores.

O circuito pode ser alimentado com 6 ou 12 V de acordo com o relé, e o tempo obtido com os componentes indicados não muda muito em relação a estas tensões.

O valor máximo da temporização é determinado pela eventual existência de fugas no capacitor.

Com uma fuga elevada, um resistor muito alto em série, temos uma curva de carga conforme a ilustrada na figura 2 que nunca alcança o ponto de disparo.

Curva de carga do capacitor.

Na prática, o valor máximo do capacitor recomendado é de 2200 µF e o valor máximo do resistor de 2,2 M ohms o que nos dá uma temporização máxima de mais de uma hora.

Utilizando um cronômetro, é possível calibrar os potenciômetros de ajuste em termos de tempo. No entanto, a precisão desta calibração depende muito da tolerância dos componentes e eventuais resíduos de cargas no capacitor.

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo do temporizador.

Diagrama do temporizador

A montagem pode ser feita numa placa de circuito impresso conforme ilustração da figura 4.

Placa de circuito impresso do temporizador.

O relé pode ser de 6 ou 12 V com corrente de acordo com a aplicação. No nosso caso, projetamos a placa para receber um pequeno relé com base DIL de 2 A (Metaltex MCH ou equivalente). No entanto, conforme a carga controlada, o leitor poderá utilizar outro relé fazendo as devidas modificações no desenho da placa.

Se o circuito operar com 6 V, a fonte poderá ser omitida, sendo substituída por um conjunto de 4 pilhas médias.

Observamos que durante o tempo de acionamento, a corrente exigida pelo relé é da ordem de 100 mA, daí a necessidade de se usar pilhas médias.

Os potenciômetros são comuns e se for necessário incluir uma escala de tempos será interessante que sejam do tipo linear.

Não é muito simples encontrar interruptores de pressão NA duplos, assim o leitor pode usar S1 e s² separados, ou mesmo pode colar em seus botões uma chapinha de plástico que possibilite o seu acionamento simultâneo.

O conjunto cabe com facilidade numa caixa plástica ou de madeira.

Conforme ilustra a figura 5, podem ser previstas duas tomadas de saída para o aparelho controlado.

Circuitos de controle externos.

Numa delas temos o uso dos contatos NA do relé, caso em que a carga é ligada após o intervalo programado, e depois permanece acionada pelo segundo tempo.

A segunda prevê o uso dos contatos NF caso em que a carga é desligada depois da primeira temporização, permanecendo desligada pelo tempo da segunda programação.

PROVA E USO

Ligue numa das saídas uma carga que possa ser monitorada (uma lâmpada, por exemplo).

Ao ligar S3 temos o início da temporização. Coloque P1 e P2 no mínimo para não ter que esperar muito no teste. Depois de um certo tempo a carga é acionada, assim permanecendo por um outro intervalo de tempo. Depois deste segundo intervalo de tempo a carga é desligada.

Comprovado o funcionamento, é só usar o aparelho. Para isso, proceda da seguinte forma:

a) Ajuste inicialmente as temporizações em P1 e P2.

b) Ligue a carga numa das tomadas de saída (X1 ou X2), conforme o tipo de controle desejado.

c) Ligue a alimentação em S3. A temporização é iniciada.

d) No final, se quiser nova temporização desligue S3 e pressione por um instante S1 e s².

e) Ajuste P1 e P2 se necessário para nova temporização.

f) Ligue novamente S3.