As cargas estáticas de seu corpo, por menores que sejam, podem ser detectadas á distância por este sensível alarme. A simples aproximação de sua mão ou de um corpo carregado é suficiente para dispará-lo com a emissão de forte som pelo alto-falante. O circuito é totalmente alimentado por pilhas, servindo, pois como interessante detector portátil.
O "coração" do circuito é um sensível transistor de efeito de campo cuja corrente principal pode ser afetada pela carga estática de corpos próximos.
Este transistor aciona um amplificador operacional que dispara um oscilador de áudio.
Diversas são as possibilidades práticas de uso para este circuito como, por exemplo, em demonstrações, como alarme para objetos de arte ou mesmo em alarmes residenciais, com pequenas modificações
Na verdade, a ideia básica pode servir de ponto de partida para muitos outros projetos. Tudo vai depender de imaginação e capacidade de cada montador.
Como Funciona
Conforme salientamos, o funcionamento deste sistema está centralizado num transistor de efeito de campo. Na figura 1 temos a estrutura simplificada em corte deste componente.
Conforme podemos ver, existe um pedaço de material semicondutor principal em que são ligados os terminais de fontes (source=s) e dreno (drain==d).
A corrente deve fluir normalmente da fonte para o dreno a não ser pela ação de um terceiro elemento que a comporta (gate =g).
Com a comporta despolarizada, a corrente pode fíuir passando por um "estreitamento" ou canal.
A largura do canal pode ser modificada pela aplicação de tensões na comporta.
Podemos, então. “alargar" ou “estreitar" o canal deixando passar mais ou menos corrente pelo canal, o que nos leva a um dispositivo com capacidade de amplificação.
Veja que nenhuma corrente circula pela comporta porque ã resistência entre este elemento e o canal é extremamente elevada. A comporta é praticamente isolada do canal, o que diferencia completamente este dispositivo dos transistores comuns bipolares.
Assim, enquanto num transistor comum é a corrente de base que controla a corrente entre coletor e emissor, neste componente é a tensão de comporta que controla a corrente entre dreno e fonte.
Essa diferença faz com que tenhamos um dispositivo de elevadíssima impedância de entrada e, portanto, capaz de perceber mínimas cargas estáticas.
Na verdade, o dispositivo é extremamente sensível a ponto de até ter rompido o isolamento entre a comporta e o substrato, se uma tensão muito alta aparecer nesse ponto.
No nosso circuito o que fazemos é ligar uma ”antena" ou placa sensora à comporta, de modo que a corrente entre dreno e fonte possa ser controlada pela presença de cargas estáticas próximas.
Se o seu corpo, que contém sempre algumas cargas acumuladas, se aproximar do sensor, ocorre a indução de uma pequena tensão elétrica que é suficiente para alterar a corrente controlada.
O resultado é que esta tensão pode ser fortemente amplificada pelo operacional, e com isso levar ao funcionamento um simples oscilador de áudio.
Uma modificação neste circuito seria trocar o oscilador por uma etapa amplificadora com relé.
Veja no circuito que o sistema opera como um disparador, em que só temos a tensão que aciona o oscilador quando ela ultrapassa o valor do diodo zener, tipicamente de 2,7 volts.
O ajuste de P1 permite levar o circuito a sua máxima sensibilidade em função das cargas ambientes.
A frequência do som emitido depende basicamente de R6 e de C2, que podem ser alterados numa ampla faixa de valores.
Montagem
Na figura 2 temos o diagrama esquemático do aparelho.
Na figura 3 temos uma sugestão de placa de circuito impresso para essa montagem.
O transistor de efeito de campo recomendado é o MPF102, mas equivalente pode ser experimentado.
Cuidado ao manusear este componente, pois uma carga estática maior em seu corpo pode danificá-lo.
O integrado é o 741 sendo recomendado o uso de suporte.
O zener de 2V7 não é crítico, podendo em algumas montagens ser experimentado um de 3V3 ou mesmo 3V9.
Os resistores são todos de 1/8 ou ¼ W e os capacitores cerâmicos ou de poliéster, exceto C3 que é um eletrolítico para 6V ou mais.
O capacitor C1 é optativo, podendo ser usado se houver tendência ao disparo errático.
O sensor é uma pequena placa de metal de não mais 5 x 5 cm, já que maiores podem afetar a sensibilidade do aparelho.
O fio de ligação ao sensor deve ser bem curto. Se longo, deve ser usado cabo blindado.
Prova e Uso
Uma ideia interessante para obter maior diretividade,e assim formar uma espécie de "radar" eletrostático é mostrada na figura 4.
O anteparo de metal é uma tela de arame que deve ser aterrada ou ligada ao negativo da fonte de alimentação.
O ajuste da sensibilidade é feito no trimpot P1.
Para experimentar o um pente ou caneta num pedaço dê lã ou seda e ajuste P1 para haver o disparo do alarme
Afastando o pente ou caneta o alarme deve parar de tocar.
Para ativar com a mão, em caso de não haver sensibilidade por motivos de umidade ambiente,.esfregue os sapatos num tapete e aproxime as mãos do sensor, quando então deve haver o disparo.
Lista de Material
CI-1 - 741 - amplificador operacional
Q1 - MPF102 ou equivalente - transistor de efeito de campo
Q2 - BC548 ou equivalente – transistor NPN de uso geral
Q3 - BC558 ou equivalente – transistor PNP de uso gera!
Z1 - 2V7 x 400 mW - diodo zener
P1 – 100 k - trimpot
FTE - alto-falante de 8 ohms
S1 - interruptor simples
R1 - 3k9 - resistor (laranja, branco, vermelho)
R2, R3 – 47 k - resistores (amarelo, violeta, laranja)
R4 - 180 ohms - resistor (marrom, cinza, marrom)
R5 – 47 k - resistor (amarelo, violeta, laranja)
R6 – 1 k - resistor (marrom, preto, vermelho)
C1 - 1 pF - capacitor cerâmico – ver texto
C2 - 47 nF - capacitor cerâmico
C3 - 100 uF - capacitor eletrolítico
Diversos: placa de circuito impresso, sensor, fios, suporte para 4 pilhas, caixa
para montagem etc.
