Descrevemos um utilíssimo temporizador com duas faixas de tempo, chegando avarias horas servindo para ligar o desligar eletrodomésticos. O projeto é de 1980 e chegou a ser vendido em kit na época com grande sucesso. O circuito ainda pode ser montado hoje, pois os componentes usado ainda são comuns.
Quantas utilidades você pode imaginar para um dispositivo capaz de ligar ou desligar qualquer aparelho depois de um intervalo de tempo que vai de alguns minutos até mais de 4 horas e meia?
Naturalmente você poderia ficar muito mais tempo do que este timer pode fornecer, para enumerar todas as suas utilidades, mas sem dúvida você não perderá todo este tempo para decidir a sua montagem, ou mesmo para montá-lo.
O timer que descrevemos neste artigo, capaz de controlar dispositivos eletrodomésticos comuns em intervalos que vão de 3 minutos aproximadamente até 4 horas e meia tem as seguintes possibilidades de uso:
- Se você costuma adormecer com o televisor ligado, um aparelho capaz de desligá-lo depois de algum tempo seria interessante, pela economia de energia como também pelo próprio desgaste do televisor.
- Se você costuma ligar eletrodomésticos em seu quarto antes de dormir como ventiladores, condicionadores ar ou rádios de cabeceira e os esquece completamente, um aparelho deste tipo evitaria não só o gasto de energia como também o incômodo de você ter de se levantar de madrugada (eventualmente gelado) para desligá-los (figura 1).
Se você é fotógrafo, pode usar este timer como intervalador para obter tempos de retardo no disparo de fotos, no acionamento de lâmpadas para cópias, e em outras aplicações semelhantes, sem a sua interferência.
Se você faz placas de circuito impresso pelo método fotográfico, com este timer você pode controlar completamente e perfeitamente o tempo de impressão dos filmes para obter sua sensibilização.
Se você precisa ligar um aparelho depois de um certo intervalo de tempo, como, por exemplo um sistema de aviso ou alarme, este timer é também de grande utilidade.
Os cozinheiros que esquecem as coisas no fogo podem ligar alarmes para avisá-los de um certo tempo decorrido. É claro que, além destas, conforme sugerimos, existem muitas outras aplicações que dependem apenas da imaginação de cada um.
Basta levar em conta, para isso, as características do timer e dos aparelhos controlados para se obter o desejado.
Pode-se LIGAR qualquer aparelho depois de certo tempo.
Pode-se DESLIGAR qualquer aparelho depois de certo tempo.
Os intervalos de tempo para ligar ou desligar são ajustados entre 3 minutos e 4 horas e meia.
Ao desligar qualquer aparelho ou ligá-lo depois do intervalo escolhido, o timer desativa-se completamente, deixando de consumir energia.
Seu circuito é totalmente independente do aparelho alimentado, o que permite sua ligação em praticamente qualquer tipo de eletrodoméstico, havendo apenas limitação pela corrente suportada pelos contatos do relê.
Se você realmente precisa deste timer é preciso esperar mais?
COMO FUNCIONA
Como obter longos intervalos de tempo com circuitos integrados comuns?
Os leitores, em sua maior parte, conhecem muito bem o timer 555, um dos mais versáteis que existem. Este integrado, usado em temporizadores comuns, como todos os outros semelhantes, apresenta um inconveniente: se usarmos capacitores de grandes valores, ou resistores de grandes valores, ou os dois, para obter longos intervalos de tempo tornamos o circuito instável. Tudo isso limita sua aplicação a intervalos de tempo que não ultrapassam meia hora. (figura 2)
Mas, se o 555 sozinho não pode dar um bom intervalador de tempo para mais de meia hora, ele pode perfeitamente ser usado como base para uma montagem mais elaborada.
Assim, partindo da simplicidade do 555 como timer para pequenos intervalos de tempo, podemos usá-lo em conjunto com outros integrados e circuitos de acionamento para prolongar o tempo obtido, ou seja, dividindo sua frequência.
É exatamente isso que fazemos neste projeto: um 555 com um "prolongador de tempo" ou onde um modo mais técnico, um divisor de frequência.
Temos então o diagrama de blocos da figura 3 para representar o nosso timer e por onde começamos a explicar o seu funcionamento.
O 555 opera então como um multivibrador astável, ou seja, como um gerador de impulsos intervalados que dependem do capacitor C1 e da resistência conjunta de P1, R1 e R2 (figura 4).
Este P1 permite fixar a frequência dos impulsos em torno de 0,00555 Hz que corresponde a aproximadamente 1 impulso em cada 3 minutos. São estes impulsos que determinarão os intervalos mínimos ou passos do timer.
Estes impulsos comandam os "prolongadores de tempo" que nada mais são do que divisores de frequência C-MOS do tipo 4017.
Os 4017 são contadores Johnson de 5 estágios e 10 saídas decodificadas. (figura 5)
Em linguagem simples podemos dizer que estes circuitos 4017 "contam" os impulsos distribuindo-os pelas saídas conforme sua numeração ou ordem de chegada.
Em suma, estando a primeira saída ligada na situação "zero", (que não é usada no nosso caso), ao chegar ao primeiro impulso este faz com que a primeira saída seja ligada e a saída "zero" desligada; ao chegar o segundo impulso, a primeira saída desliga e a segunda liga, assim por diante até a última.
Na última saída o impulso que a desliga reinicia o ciclo pelo acionamento novamente da saída zero, conforme indica a tabela da figura 6.
Veja então que, se ligarmos o nosso multivibrador formado pelo 555 na entrada deste contador, sendo sua frequência de 1 pulso em cada 3 minutos, teremos a ativação das saídas do 4017 em intervalos iguais justamente de 3 minutos.
Partindo então do momento em que o aparelho é ligado e que apenas a saída zero do 4017 se encontra ativada (a qual não é usada), o 555 produz seu primeiro impulso 3 minutos depois.
Ao receber este pulso, o 4017 liga sua primeira saída, mantendo-a assim até a vinda do segundo pulso pelo 555. Estes três minutos que decorrem do momento em que o aparelho é ligado até a ativação da primeira saída é o primeiro intervalo de tempo que podemos obter do nosso timer.
Com a vinda do segundo pulso, depois de 6 minutos, a primeira saída do 4017 é desativada, sendo então ligada a segunda saída. Podemos nesta obter o segundo intervalo de tempo: 6 minutos. Nas saídas seguintes o funcionamento é o mesmo, à medida que os pulsos se sucedem, obtendo-se tempos de até 27 minutos.
Se agora considerarmos a última saída deste integrado 4017, vemos que obtemos um pulso depois de 30 minutos de ligado o aparelho. Este pulso, retirado da saída "'reset" serve para formar um ciclo de 30 em 30 minutos para funcionamento do segundo integrado. (figura 7)
Teremos então neste segundo integrado 4017 a mesma possibilidade de termos ativações de saídas com a diferença que os intervalos serão de meia hora, obtendo-se com isso o tempo máximo do timer de 4 horas e meia.
Veja então que a escolha dos tempos pode ser feita num ou noutro integrado 4017 conforme este seja de 3 minutos à meia hora, ou de meia hora até 4 horas e meia.
Uma chave H seleciona as duas faixas, enquanto que um seletor de 2 polos x 9 posições faz a escolha do tempo correto desejado.
Estas chaves são ligadas a um circuito de acionamento de relê que apresenta características importantes.
De fato, o relê é mantido com sua bobina energizada até que o pulso vindo do integrado a desligue. Isso é conseguido com a ajuda de dois transistores e tem uma finalidade muito importante: o relê mantido acionado pelo intervalo de tempo escolhido, também controla a alimentação do próprio circuito do timer, de modo que, decorrido o tempo desejado, ele ao abrir seus contatos desliga-se e também a alimentação do aparelho que então é totalmente desativado.
Se fosse feito um funcionamento "ao contrário", ou seja, de energizar o relê ao final do tempo, teríamos de manter uma alimentação para o circuito mesmo depois de decorrido o intervalo de tempo fixado, para manter a sua situação final (figura 8).
Conforme explicamos na introdução, as aplicações do timer só são limitadas pela capacidade de corrente dos contatos do relê. Assim, no nosso caso, com uma corrente máxima permitida de 6 A por contacto, podemos controlar aparelhos de até 660 W na rede de 110 V e até 1320 W na rede de 220V.
Para correntes maiores o leitor pode usar relês de maiores correntes, ou de diversos contatos e ligá-los em paralelo. Isso é válido especificamente para o caso de condicionadores de ar.
A alimentação para o circuito de baixa tensão vem de 12V que desativa-se quando o tempo fixado é atingido.
A maneira como os contatos do relê são ligados é que determina se o aparelho controlado liga ou desliga no final do tempo escolhido. O nosso timer tem uma chave que permite fazer esta escolha, comutando o modo de conexão dos contatos do relê.
OBTENÇÃO DOS COMPONENTES
Todos os componentes usados nesta montagem podem ser conseguidos com certa facilidade e para ela recomenda-se a utilização de uma placa de circuito impresso. Especial cuidado deverá ser tomado no manuseio dos circuitos integrados 4017 que não devem ser retirados de sua proteção contra descargas estáticas até o momento de serem usados.
Começamos nossa orientação, em relação ao material, com o relê:
O relê usado na montagem do protótipo foi do tipo RU101012 Schrack com uma tensão de enrolamento de 12 V e um contacto reversível de 6 A para tensões de até 250 V. Este também é o relê que recomendamos ao leitor por dois motivos: o primeiro porque a placa de circuito impresso foi desenhada em função de seu formato e em segundo lugar por se tratar de um relê dos mais baratos que pode ser obtido em nosso comércio.
O leitor provavelmente encontrará muitos outros relês que podem ser usados neste circuito, com mais contatos também, desde que sua tensão de operação seja de 12 V e que sua bobina possa ser ativada com correntes da ordem de 50 mA caso o leitor queira seguir à mA, mas deve ser levado em conta no projeto da placa.
Os integrados podem ser montados em soquetes especiais caso o leitor assim o deseje, devendo adquirir um de 8 pinos DlL para o 555 e dois de 16 pinos DIL 4 para os 4017.
A montagem sem soquete é possível, mas deve exigir muito mais cuidado do montador.
Os circuitos integrados não oferecem problemas de obtenção, podendo o 555 aparecer com alguns prefixos do fabricante tais como LM555, NE555, etc., assim como os 4017 que podem aparecer como CD4017, etc.
Para os transistores também temos equivalentes. Assim, em lugar dos BC547 podem ser utilizados os seguintes equivalentes: BC237, BC238, BC548, e para o TIP31 podem ser usados os BD133, BD235, e BD237.
Na fonte de alimentação são usados diodos 1N4002, mas seus equivalentes de maior tensão como os 1N4003, 1N4004 até 1N4007, ou BY127 servem, e para proteção do circuito do relê um 1N4148 ou ainda 1N914.
O zener é de 12 V com potência máxima de 400 mW.
As chaves admitem diversas opções segundo a disponibilidade de cada um.
Foi usada na seleção dos tempos uma chave de 2 polos x 9 posições rotativa (chave de onda), mas se o leitor tiver dificuldade em obtê-la pode usar uma de 2 polos x 10 ou 11 posições deixando uma ou duas livres (desligado).
As chaves de comutação de função (ligar/desligar) e de comutação de tensão (110/220 V) são do tipo deslizante assim como a que faz a escolha da escala: minutos (3 em 3); horas (meia em meia).
Entretanto, a chave de ”iniciar" e de “parada manual” são do tipo H de pressão.
Estas chaves são encontradas em intercomunicadores na função falar/ouvir, sendo portanto conseguidas com certa facilidade nas casas especializadas.
Resistores e capacitores são todos comuns, devendo apenas os valores serem seguidos. Para o trimpot as mesmas recomendações são válidas. Se o leitor pretender maior tempo de ação do que o limite de 4 horas e meia existe a possibilidade de se alterar o valor de C1.
Dobrando-se seu valor, o leitor terá passos de 6 minutos e um alcance de até 9 horas. Para o valor máximo recomendado que é de 470 uF já teremos um considerável alcance como o leitor pode perceber.
T1 é um transformador com primário para 110 V e 220 V e corrente mínima de secundário de 250 mA e tensão de 9 + 9 V.
Material acessório para a montagem são as tomadas de entrada e saída, o knob para a chave seletora, separadores para a placa de circuito impresso e evidentemente a caixa cuja confecção dependerá muito de sua habilidade de trabalhar com metais, plástico ou madeira.
MONTAGEM
Comece preparando a caixa para a montagem segundo as dimensões sugeridas na figura 9.
A seguir, prepare a placa de circuito impresso segundo o desenho da figura 10.
Se você usou um relê diferente do recomendado, faça as alterações no desenho de acordo com seu suporte.
Para as soldagens dos componentes na placa, use um ferro de soldar de ponta fina e solda de boa qualidade. Ferramentas adicionais tais como um alicate de corte lateral, um alicate de ponta fina e chaves de fenda serão de grande utilidade.
Siga o diagrama da figura 11 e o chapeado da figura 10 assim como a disposição do lado dos componentes da placa de circuito impresso para realizar a montagem.
Sugerimos ao leitor que siga a seguinte sequência no trabalho de colocação dos componentes na placa:
a) Comece soldando todos os resistores. Dobre seus terminais e encaixe-os na placa. Depois de soldá-los corte os excessos de seus terminais. Observe seus valores pelos anéis coloridos em seu corpo.
b) Solde os capacitores eletrolíticos notando seu valor e a sua polaridade. Dobre os terminais destes componentes conforme o tipo de montagem que exigem (vertical ou horizontal).
c) Solde o trimpot tomando cuidado para não forçá-lo na placa.
d) Solde os diodos observando que: o diodo zener de 12 V tem o seu catodo (lado do anel) ligado ao transistor; o diodo 1N4002 do relê também tem polaridade certa para ligação (lado do anel ao positivo da alimentação); e os diodos 1N4002 devem ter sua posição observada (lado do anel ao capacitor eletrolítico). Em todos os casos faça a soldagem rapidamente para que o calor não os danifique.
e) Solde os transistores começando pelos BC que são menores. Observe a posição do seu lado chato. Se houver inversão o aparelho não funcionará. Evite o excesso de calor fazendo a soldagem rapidamente.
f) Solde o relê encaixando-o cuidadosamente em sua posição. Cuidado para que o calor não derreta suas partes plásticas.
g) Se usar soquetes para os integrados você deve soldá-los agora. Se não passe a soldagem dos integrados começando pelo 555. Para este, veja bem a sua posição dada pela marca em seu invólucro que identifica o pino 1. Evite o excesso de calor que pode lhe causar dano. Faça a soldagem bem rápido evitando espalhamentos que possam curtocircuitar os pinos. Para soldar os 4017 evite tocar com os dedos em seus terminais já que a presença de uma eventual carga estática em seu corpo pode danificá-los. Faça também a soldagem rapidamente.
h) Fixe o transformador na placa soldando seus fios terminais nos furos correspondentes. Veja que o planejamento da placa deve levar em conta o tamanho deste componente de modo que, recomendamos que antes de desenhá-lo o leitor adquira este componente fazendo os furos para sua colocação de acordo com suas dimensões. O enrolamento primário deste componente tem três fios que são identificados do seguinte modo:
marrom – 110 V
preto - 0 V
vermelho – 220 V.
Fixe depois a chave no painel, os interruptores de iniciar e parada também na parte frontal e na parte posterior as tomadas de entrada e saída e os interruptores de seleção de função 110/220 V e liga/desliga.
Com o aparelho montado, antes de fechar a caixa, faça uma prova de funcionamento.
PROVA E USO
Ligue a tomada de entrada ou cabo de alimentação à tomada e na tomada de saída um aparelho qualquer: um ventilador, abajur, rádio, etc., desde que sua corrente não seja superior a 6 A.
Escolha o tempo desejado pela chave H horas/minutos e pelo seletor de 9 posições. Com a chave H na posição minutos e o seletor na posição 3 você terá 9 minutos.
Com a chave H na posição horas e o seletor na posição 4 você terá duas horas.
Faça a prova inicial fixando o tempo em 3 minutos.
Com a ajuda de um relógio ou cronômetro veja se o relê desliga depois de 3 minutos, desligando ou ligando o aparelho usado como prova.
Se o tempo for diferente você deve rearmar o aparelho apertando o interruptor correspondente e novamente controlar o tempo, ajustando o trimpot até obter o intervalo desejado.
Uma vez conseguido 3 minutos na primeira posição todas as outras estarão automaticamente ajustadas, dependendo somente da precisão deste ajuste inicial.
É só experimentar depois.
Para usar o aparelho é simples: basta ligá-lo a rede local, escolher a função (ligar ou desligar), ligar o aparelho na sua tomada e escolher o tempo desejado. Acione a partida e pronto. (figura 12)
Lista de Material
CI-1 - 555, circuito integrado
CI-2, CI-3 - 4017, circuito integrado
Q1, Q2, Q3, - BC547, transistores
Q4 - TIP31, transistor
D1 - 1N4148, diodo para uso geral de silício
D2, D3 - 1N4002, diodos de silício
P1 - trimpot de 470 k
R1- 1 M x 1/8 W, resistor (marrom, preto, verde)
R2 - 1M5 x 1/8 W, resistor (marrom, verde, verde)
R3, R4, R5, R6, R7 - 4k7 x 1/8 W, resistores (amarelo, violeta, vermelho)
R8, R9 – 330 R x 1/8 W, resistores (laranja, laranja, marrom)
C1 - 47 uF x 16 V, capacitor eletrolítico
C2 - 1000 uF x 16 V, capacitor eletrolítico
C3 – 100 nF, cerâmica
S1 - chave rotativa de 2 polos x 9 posições ( ver texto)
S2, S6 - chave de pressão de 2 polos x 2 posições
S3, S4, 55 - chaves H de 2 polos x 2 posições (deslizantes)
K1 - relê (ver texto)
T1 - transformador de 110/220 V x 9+ 9 V x 250 mA
Z1 - díodo zener de 12 V x 400 mW
Diversos: caixa para montagem, placa de circuito impresso, tomadas de entrada e saída ou cabo de alimentação, knob para a chave, soquetes para os integrados, etc.
