Sinais induzidos pela rede de energia, sinais de transmissores de qualquer potência, cargas estáticas, transientes e outros sinais de origem desconhecida podem ser detectados por este sensibilíssimo circuito CMOS. Totalmente portátil, ele pode ser levado a qualquer parte e seu baixo consumo permite que as pilhas tenham sua durabilidade prolongada por vários meses. Com este detector podemos identificar fontes de interferência eletromagnética que podem estar afetando o funcionamento de equipamentos industriais ou mesmo de uso comum.
Os circuitos integrados CMOS apresentam uma impedância de entrada extremamente elevada o que lhes confere uma sensibilidade sem igual.
Na verdade, esta sensibilidade excessiva até consiste num perigo, pois o simples toque dos dedos de uma pessoa que tenha caminhado previamente num carpete em dia seco, e por isso adquirido forte carga estática, pode danificá-lo permanentemente.
Com o aproveitamento desta sensibilidade, evitando-se os excessos, os circuitos integrados CMOS podem ser usados como detectores de sinais induzidos pela rede (roncos), sinais de pequenos transmissores, transientes de alta tensão e também cargas estáticas acumuladas em diversos objetos.
Se você usar como antena uma vareta no telhado de sua casa e a aproximação de nuvens carregadas, indicativas de tempestades vão disparar o seu detector.
O detector descrito é alimentado por pilhas comuns ou bateria de 9 V e emite um tom contínuo de bom volume quando uma carga ou sinal estranho é detectado por sua pequena antena.
COMO FUNCIONA
A base de nosso projeto é um circuito integrado CMOS do tipo 4093 que consta de quatro portas NAND (Não E) de funcionamento independente.
Estas portas, como já vimos em muitos artigos desta revista, podem ser ligadas de modo a exercer suas funções lógicas básicas mas também como inversores, amplificadores digitais e até osciladores capazes de operar na faixa de áudio e RF até alguns megahertz.
No nosso circuito as 4 portas são usadas em 3 funções diferentes:
A primeira porta, que tem acesso pelos pinos 1, 2 e 3 (1 e 2 são as entradas e 3 a saída) funciona como um amplificador inversor.
Os resistores R1 e R2 de altíssimo valor mantêm a entrada do circuito integrado no nível alto, de modo que sua saída se mantém no nível baixo.
Desta forma, o oscilador de áudio formado pela segunda porta (acesso nos pinos 5, 6 e 4) fica inibido.
A frequência deste oscilador, dentro da faixa de áudio, é determinada pelo capacitor C1 e pelo resistor R3. O leitor poder alterar R3 escolhendo valores entre 15 k Ω e 100 k Ω caso deseje um som mais grave ou agudo para alerta.
A presença do sinal na antena faz com que o nível lógico da entrada da primeira porta seja alterado. Isso faz com que sua saída vá ao nível lógico alto e com isso o oscilador de áudio formado pela segunda porta entre em ação.
O sinal do oscilador de áudio em ação é amplificado pelas duas outras portas (pinos 8 a 13) que operam então como "buffers" isolando o oscilador da saída e também como amplificadores digitais.
A saída dos amplificadores digitais é levada a um transdutor cerâmico que então converte o sinal elétrico em som audível.
A alimentação do circuito é feita com tensões de 6 a 9 volts de pilhas ou bateria e o consumo total do aparelho, quando em silêncio é inferior a 2 mA (tip.).
MONTAGEM
Na figura 1 temos o diagrama completo do aparelho.
Na figura 2 temos a disposição dos componentes numa placa de circuito impresso.
Os componentes têm suas especificações mínimas dadas na lista de materiais.
A antena é um simples pedaço de fio comum que pode ser sem capa ou com capa, já que o aparelho não opera por contacto, mas sim por indução. Esta antena deve ter de 10 a 20 cm de comprimento dependendo da sensibilidade desejada. Para uma ligação remota da antena deve ser usado fio blindado com a malha ligada ao (+) da alimentação do aparelho.
O transdutor é do tipo piezoelétrico cerâmico, mas até mesmo um tweeter piezoelétrico ou uma cápsula de fone sem o transformador interno pode ser usada.
Uma possibilidade interessante de alteração no projeto consiste em se trocar R3 por um resistor de 2,2 M Ω e C1 por um capacitor de 470 nF.
Na saída ligamos um LED em série com um resistor de 1 k Ω, observando sua polaridade de acordo com o nível de sinal com que desejamos que ele acenda.
Em lugar de termos um sinal de áudio na detecção, teremos um LED piscante.
Todo o conjunto cabe facilmente numa pequena caixa plástica ficando com a aparência mostrada na figura 3.
Observe a existência de furos na caixa para a saída do som do transdutor. A antena pode ser ligada por meio de um borne o que facilitaria sua retirada para transporte.
PROVA E USO
Para provar a unidade basta ligar sua alimentação e aproximar a antena de qualquer fonte de ruído como, por exemplo, um cabo de energia.
Outra possibilidade é segurar o fio com os dedos ou ainda aproximar um objeto de plástico (caneta, pente ou régua) que tenha sido atritado em lã ou seda de modo a adquirir carga elétrica.
A sensibilidade do aparelho pode ser aumentada se acrescentarmos mais um ou dois resistores de 22 M Ω em série com R1 e R2.
Observamos que deve ser evitado o contacto direto da antena (se ela for descascada) com objetos que tenham cargas estáticas elevadas pois isso pode causar a queima do circuito integrado.
O disparo errático significa a presença de fontes fortes de ruídos. Para diminuir a sensibilidade, basta retirar R1 do circuito mantendo apenas R2.
NO LABORATÓRIO
No laboratório de eletricidade das escolas de nível médio e cursos técnicos este aparelho poderá ser usado como um sensível eletroscópio eletrônico, muito mais sensível que os tipos convencionais de folhas.
A polaridade da carga ‚ que vai determinar o disparo do circuito, podendo ser programadas experiências bastante interessantes de demonstrações.
Uma adaptação que pode ser feita no projeto original é a ligação de uma etapa acionadora de um relé na saída. Neste caso, o circuito pode ser usado para disparar um alarme na presença de cargas estáticas ou transientes.
Semicondutores:
CI-1 - 4093 - circuito integrado CMOS
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1, R2 - 22 M Ω - vermelho, vermelho, azul
R3 - 22 k Ω - vermelho, vermelho, laranja
Capacitores:
C1 - 47 nF - cerâmico ou poliéster
Diversos:
BZ - Transdutor cerâmico - ver texto
S1 - Interruptor simples
B1 - 6 a 9 V - 4 pilhas ou bateria
A - antena - ver texto
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, conector para bateria ou suporte de pilhas, fios, solda, etc.
