Com este circuito você pode disparar uma carga de alta potência, como uma lâmpada incandescente ou um motor, à partir de um sinal sonoro (de um apito, buzina ou oscilador) de frequência pré-ajustada e manter essa carga ligada por um intervalo de tempo também pré-ajustada o aparelho pode ser usado como alarme, controle remoto ou em demonstrações, apresentando grande sensibilidade.
O que temos aqui é um disparador ativado por som apresentando características de grande sensibilidade, seletividade e capacidade de operar com potências elevadas.
O som de frequência determinada de um apito, sirene, buzina, oscilador de áudio ou mesmo assobio, pode servir para acionar o circuito que então permanecerá ligado por um intervalo de tempo, determinado por um temporizador a ele incorporado.
Diversas são as aplicações práticas que podem ser citadas para este aparelho.
Como alarme ele pode servir para disparar com determinados sons, mantendo uma sirene ou outro dispositivo de aviso ligado.
Como controle remoto ele pode ser ajustado para abrir um portão de garagem ou acender uma lâmpada quando a buzina do carro for acionada ou então um controle manual sonoro ou mesmo um apito. (figura 1)
Em feiras de ciências ou em demonstrações pode-se utilizar este aparelho com efeitos muito interessantes.
Completamos as possíveis utilidades para este aparelho com uma bastante interessante, que é a realização de “mágicas" em festas ou reuniões familiares.
O leitor poderá surpreender seus amigos fazendo acender uma lâmpada ou ligando um ventilador ou outro aparelho ao assobiar ou pronunciar uma palavra "mágica".
A montagem é bastante simples e o número de componentes usados pequeno, de modo que mesmo os leitores menos experientes poderão concluir seu controle sônico temporizado com facilidade.
COMO FUNCIONA
Dividiremos o circuito deste controle sônico em blocos para melhor compreendermos seu princípio de funcionamento.
Na figura 2 temos, portanto, o diagrama de blocos deste controle sônico.
Começamos por analisar o bloco de entrada que consta do microfone e do circuito de filtro.
Os sons que devem disparar o dispositivo assim como todos os demais sons ambientes são captados por um microfone de cristal.
Esse microfone de cristal consta de uma membrana de alumínio a qual é presa a um pedaço de sal de Rochelle, uma substância que apresenta propriedades piezoelétricas, ou seja, converte vibrações mecânicas em eletricidade.
Obs. Numa versão moderna pode ser usada uma cápsula cerâmica piezoelétrica como microfone.
O sinal do microfone é levado a um circuito de duplo T que é mostrado na figura 3 em sua configuração básica.
Este circuito oscila somente numa frequência que é determinada pelos valores dos capacitores e dos resistores ligados ao duplo T.
Assim, só temos uma saída no circuito se o mesmo for excitado para operar na sua frequência própria.
No nosso controle sônico o oscilador é levado a operação somente quando excitado externamente, já que é ajustado para operar no limiar da oscilação.
Essa excitação é feita justamente pelo sinal do microfone que deve, portanto, ter uma frequência certa, ou seja, a frequência do oscilador.
Na figura 4 temos a curva típica de resposta do circuito em função da frequência.
O circuito de duplo T utiliza um único transistor sendo alimentado por uma baixa tensão de 6 V a qual pode ser obtida de um transformador com retificador ou então de 4 pilhas pequenas.
A etapa seguinte do controle sônico é o circuito de disparo do temporizador.
Este circuito tem por base um SCR e uma lâmpada de pequena potência (5 W), ligados da maneira indicada na figura 5.
O SCR permanece no seu estado de não condução na ausência de sinal em seu eletrodo de comporta e dispara, conduzindo intensamente a corrente quando recebe um sinal na mesma comporta.
Como sua alimentação é feita com corrente alternada, o SCR volta ao seu estado de não condução quando cessa a excitação em sua comporta.
Entretanto, com o disparo do SCR por uma fração de segundo que seja isso já, suficiente para acionar o temporizador juntamente com o circuito de carga.
Assim, com um sinal de curta duração podemos disparar um circuito de potência temporizado que mantém a carga acionada por um intervalo pré-determinado.
Este circuito representado no diagrama de bloco, tem o aspecto mostrado na figura 6 constando como elemento básico um SCR.
Este SCR está ligado em série com o circuito de carga que no nosso exemplo consiste numa lâmpada incandescente.
O eletrodo de comporta é ligado por meio de um resistor de alto valor a um capacitor cujo valor determinará o tempo de acionamento da carga.
No momento em que o circuito de disparo é acionado, este capacitor recebe quase que instantaneamente toda sua carga passando então a descarregar-se lentamente através da comporta do SCR.
Durante todo o tempo em que o capacitor se descarrega, o SCR é mantido disparado e portanto a carga recebe sua alimentação.
Com um resistor de valor variável em série com este capacitor, pode-se controlar a faixa de tempos em que a carga permanece ligada.
Por motivos tais como a corrente mínima que mantém o SCR disparado e as possíveis fugas do capacitor, tanto o capacitor como o resistor deste circuito têm valores limitados.
No caso do resistor, este valor é limitado pela necessidade de se ter uma tensão da ordem de 1,2 a 1,5 V na comporta do SCR para o disparo do mesmo, fazendo circular uma corrente da ordem de fração de miliampère.
Na prática o valor do resistor está limitado a um máximo de 220 k enquanto que seu valor mínimo não deve ser inferior a 10 k.
Com relação ao capacitor, em conjunto com o resistor, ele determina a constante de tempo do circuito.
Como há uma exigência de corrente mínima de disparo, a possível existência de fugas no capacitor que em geral aumentam com o seu valor, há uma limitação para este componente.
Na prática dificilmente consegue-se boa estabilidade de funcionamento para o circuito com capacitores de mais de 470 uF a não ser que os mesmos sejam de excelente qualidade. (figura 7).
O tempo aproximado que se consegue manter a carga ligada pode ser calculado levando-se em conta o tempo em que a tensão caí do valor inicial do capacitor (vo) até o valor mínimo de disparo (Vm).
Com boa aproximação o produto da resistência total do circuito pela capacitância do capacitor nos dá esse tempo.
Na tabela abaixo damos alguns dos tempos máximos obtidos com capacitores comuns em série com uma resistência máxima da ordem de 220 k.
10 uF - 2,2 segundos
50 uF - 10 segundos
100 uF - 22 segundos
470 uF - 1 minuto e meio
Esses valores apresentam uma flexibilidade relativamente elevada em vista dos capacitores encontrados no comércio terem tolerâncias de até 40% enquanto que os resistores podem ter tolerâncias de até 20%.
O ideal para os casos em que se desejar precisão nos tempos obtidos é uma calibração prévia do circuito com o auxílio de um cronômetro convencional, obtendo-se com isso elementos para a elaboração de uma escala.
O SCR utilizado nesta montagem admite correntes de operação de até 4 Ampères, caso em que o mesmo deverá ser dotado de um radiador de calor.
Para potências menores, cujas correntes sejam de até 1 A, o SCR não precisa ser montado em radiador.
Na rede de 110 V a corrente máxima de 4 A permite a obtenção de potências até 440 W enquanto que na rede de 220 V temos uma potência máxima de 880 W.
É importante observar que os SCRs são controles de meia onda, ou seja, permitem a passagem da corrente apenas num sentido o que quer dizer que as cargas recebem normalmente em funcionamento apenas metade dos semiciclos de alimentação da rede local, o que implica em metade da potência para as quais são especificadas. (figura 8).
Para operação em onda completa deve-se utilizar um circuito em ponte, conforme o indicado na figura 9, utilizando-se para esta finalidade diodos capazes de suportar a corrente drenada pela carga.
Isso significa que no nosso circuito original a lâmpada usada como carga acenderá com aproximadamente metade de sua potência normal, ou seja, uma lâmpada de 100 W brilhará como uma de 50 W.
E claro que, para efeitos demonstrativos isso não influirá em nada, nem sendo sequer notado na maioria dos casos.
MONTAGEM
Diversas são as possibilidades práticas para a montagem deste dispositivo, sendo as mais comuns as que utilizam placa de circuito impresso e ponte de terminais.
Para o caso de montagem em placa de circuito impresso obtém-se um maior grau de miniaturização, podendo isso implicar numa caixa menor para alojar o conjunto.
Entretanto, neste caso, o montador deve possuir os recursos para confecção da placa.
A montagem em ponte de terminais esteticamente não é tão boa, mas seu funcionamento nada fica a dever à primeira.
Esta versão é recomendada aos montadores menos experientes que não possuam muitos recursos em sua bancada.
Em ambas as versões o uso correto de algumas ferramentas como o soldador de pequena potência, o alicate de ponta e o alicate de corte lateral são importantes para não haver perigo de dano a nenhum componente.
Na figura 10 temos o diagrama completo do temporizador sônico por onde o leitor deve seguir a montagem aprendendo com isso a interpretar diagramas.
Na figura 11 temos a montagem em ponte de terminais.
Na figura 12 damos a placa de circuito impresso para a montagem.
Na montagem do controle sônico temporizado são as seguintes as principais precauções a serem tomadas com a aquisição e instalação dos componentes:
a) Os SCRs (diodos controlados de silício) podem ser do tipo C106, MCR106, IR106 ou TIC106, devendo-se apenas observar que estes componentes podem ser encontrados com diversas tensões de trabalho. Se a sua rede for de 110 V você pode optar por um dos SCRs acima para a tensão de 200 V e se sua rede for de 220 V você deve optar por um dos SCRs acima para a tensão de 400 V.
Os SCRs devem ser montados em posição determinada pela figura, pois se houver uma inversão de ligações reles podem se queimar com facilidade. O SCR2 em especial deve ser dotado de irradiador de calor se a potência da carga alimentada for superior a 100 W.
b) Os diodos D1 e D2 são do tipo retificador com uma tensão mínima de trabalho de 50 V. Sugerimos o 1N4001 na lista de material, mas diodos equivalentes como o 1N4002, 1N4004, BY126 ou BY127 podem perfeitamente ser usados.
Na montagem deste componente observe sua polaridade dada pelo anel em seu corpo ou pelo símbolo gravado no mesmo.
c) O capacitor eletrolítico é um dos componentes mais importantes deste circuito sendo o responsável pela temporização do disparo do segundo SCR. A faixa de valores sugerida para a montagem vai de 10 uF à 470 uF, sendo a tensão de trabalho deste componente de pelo menos 25 V.
Para a montagem em ponte de terminais qualquer tipo de capacitor serve enquanto que para a montagem em placa sugere-se a utilização de um capacitor de terminais axiais para valores entre 250 uF e 470 uF e de terminais paralelos, para valores abaixo de 220 uF.
Observe a polaridade deste componente na sua instalação.
d) O circuito utiliza duas lâmpadas, sendo uma de 5 W que serve como indicadora de disparo, sendo esta ligada ao primeiro SCR. Esta lâmpada pode ser do tipo colorido, ficando oculta na caixa vista por uma pequena janela, ou então colocada ao lado da lâmpada principal se o aparelho for usado em demonstrações.
Esta lâmpada pode ser substituída por um resistor de 1 k x 20 W de fio. Na montagem com finalidade demonstrativa a carga consiste numa única lâmpada de 60 ou 100 W instalada na própria caixa que aloja o aparelho (figura 13).
Entretanto, se o leitor preferir poderá dotar a mesma de uma tomada onde será ligado o aparelho a ser controlado.
Observamos que o projeto prevê somente a ligação de cargas resistivas para bons resultados de funcionamento.
Se o leitor quiser pode ligar como carga um relê de corrente alternada para a rede local, da maneira indicada na figura 14.
Com este relê cargas como motores elétricos de grande potência, sirenes, lâmpadas fluorescentes podem ser controladas pelo mesmo sinal sônico da versão original.
e) Os capacitores de poliéster metalizado ou cerâmica usados no filtro não são críticos. Optamos na lista de material pela utilização de capacitores de poliéster metalizado por serem estes encontrados com facilidade numa ampla gama de valores.
No projeto da placa de circuito impresso deve-se apenas determinar com antecedência qual o tipo de capacitor a ser usado em vista da furação para seus terminais ser feita segundo distâncias diferentes.
f) O aparelho é dotado de três controles: o primeiro é o que regula o ponto de operação do filtro, podendo este ser um trimpot já que uma vez regulado para a operação não precisa ser mais mexido.
Entretanto, se o aparelho for usado com finalidades demonstrativas ou em locais em que houver muito ruído ambiente, será conveniente usar um potenciômetro comum com acesso no painel frontal.
O segundo é um controle de sensibilidade que deverá ser ajustado para deixar o SCR no limiar do disparo. Esse controle determinará o nível do som ambiente que disparará o circuito juntamente com o controle anterior.
Para este caso será sempre conveniente utilizar um potenciômetro comum que pode ser do tipo linear ou logarítmico.
O terceiro controle é o do temporizador que determina por quantos segundos deve permanecer ligada a carga. Se o leitor não necessitar de uma constante modificação nos tempos de disparo, pode usar no caso um trimpot.
Entretanto se o aparelho for usado para demonstrações será também interessante usar um potenciômetro comum.
Neste potenciômetro poderá ser conjugada a chave que liga e desliga o aparelho.
g) Os resistores utilizados nesta montagem são de carbono de ½ W,1/4 W ou 1/8 W, com exceção do resistor utilizado como carga no primeiro SCR que é de 100 ohms x 10 W. O tamanho dos resistores de pequena potência é apenas limitado pela disponibilidade de espaço na placa de circuito impresso.
Para a montagem em ponte não existem restrições.
h) As interligações entre os componentes podem ser feitas com cabinho, ou seja fio flexível de capa plástica. Evite os fios excessivamente longos ou excessivamente curtos.
Se o leitor quiser poderá proteger o circuito ligando em série com a alimentação um fusível cuja corrente dependerá da potência total alimentada pelo circuito.
Para cada 100 W use um fusível de 2 A na rede de 110 V e 1 A para a rede de 220 V.
j) A alimentação para a parte de baixa tensão vem de 4 pilhas pequenas que são instaladas em suporte apropriado. Deve existir um interruptor para esta fonte que pode ser o mesmo usado para a fonte principal, ou seja, conjugado ao mesmo potenciômetro.
Muitos potenciômetros possuem interruptores duplos conjugados que podem então ser usados para o controle simultâneo de duas fontes independentes, como mostra a figura 15.
Caso o leitor queira, entretanto, pode usar uma chave do tipo 2 x 2 para esta função.
k) O microfone usado deve ser obrigatoriamente de cristal (piezoelétrico). Pode ser usado um microfone completo que seria então ligado ao circuito por meio de um jaque ou então uma cápsula de cristal que seria embutida na caixa que aloja o aparelho.
É importante observar que os microfones de cristal são muito sensíveis a umidade e as altas temperaturas devendo ser portanto protegidos contra elas.
Não use microfones de gravador, pois estes são do tipo magnético de baixa impedância não funcionando neste aparelho. Se o fio de ligação do microfone for muito longo, mais de 2 metros use cabo blindado.
Completada a montagem, e conferidas as ligações pode ser feita a prova de funcionamento, os ajustes e o mesmo instalado definitivamente em sua caixa.
PROVAS, AJUSTE E USO
Coloque as 4 pilhas no suporte, ligue a carga que no caso da versão normal pode ser uma lâmpada de 60 ou 100 W e também coloque em seu soquete a lâmpada de 5 W.
Inicialmente, coloque o controle do filtro P1 em sua posição de máxima resistência, e em seguida ligue a unidade. A lâmpada de carga, assim como a lâmpada menor de monitoria, pode acender ou não.
Observe inicialmente apenas a lâmpada menor.
Vá então girando o potenciômetro de controle de sensibilidade à partir de sua posição de mínima resistência, ou seja, a partir da esquerda para a direita até chegar num ponto em que a lâmpada menor acenda (a lâmpada maior a acompanhará).
Volte então um pouco o controle até que a lâmpada apague.
A lâmpada maior uma vez acesa no ajuste assim permanecerá por algum tempo (que depende do valor do capacitor eletrolítico) apagando em seguida.
Você poderá então voltar ao ajuste do controle do filtro. Gire gradativamente este potenciômetro até a lâmpada menor acender. Novamente volte um pouco este controle até o ponto em que o circuito fica no limiar do funcionamento.
Você verificará que ao bater no microfone a lâmpada menor acenderá acompanhando-a a lâmpada maior que, no entanto, ficará acesa por mais tempo. Aproveite para ajustar o intervalo de tempo de acendimento da lâmpada maior em R2.
Pode ocorrer no caso do ajuste do controle do filtro que o mesmo não apresente a devida sensibilidade ao disparo. Neste caso, uma vez obtida a posição em que a lâmpada se mantém acesa, continue a girar o potenciômetro até a lâmpada apagar novamente.
Neste ponto pode-se obter uma nova posição de funcionamento.
O que ocorre é que o potenciômetro controla uma faixa de operação do oscilador e o ponto ideal de operação fica num dos extremos dessa faixa. Será conveniente o leitor experimentar um e depois o outro em caso de dúvidas.
Obtido um ajuste do circuito com sua operação à partir de batidas diretas no microfone, devemos verificar seu funcionamento à partir de sons de frequências para o qual foi ajustado.
Para esta finalidade você pode usar um apito de frequência variável como o mostrado na figura 16 (Hering) que pode ser encontrado com facilidade em casas de brinquedos e mesmo supermercados.
Este apito possui um pistão o qual ao ser movido permite uma variação na tonalidade do som emitido.
Sopre o apito nas proximidades do microfone até encontrar o som que dispara o circuito. Se o leitor quiser e, conforme o caso pode emitir o mesmo som por meio de um oscilador de áudio ou mesmo assobiando.
Em alguns casos a pronuncia de determinadas sílabas permite o disparo do aparelho que então manifesta sua propriedade de identificar a voz de determinada pessoa.
Observação: a instalação de diversos destes circuitos ajustados para frequências diferentes permite a obtenção de uma luz rítmica altamente seletiva, com cada lâmpada respondendo somente a uma determinada nota musical para a qual foi ajustada.
Pode-se ainda usar o aparelho no ensino de surdos-mudos com a lâmpada respondendo apenas a determinados sons para os quais o circuito tenha sido ajustado.
Lista de Material
SCR1, SCR2 - C106, MCR106ou IR106-para 200 V se a rede for de 110 V para 400 V se a rede for de 220 V.
Q1 - BC548 ou equivalente - transistor
D1, D2, 03 - IN4001, 1N4004 ou equivalente diodo de silício
R1 – 10 k ohms x 1/8 W - resistor (marrom, preto, laranja)
R2 – 47 k ohms x 1/8 W - potenciômetro ou trimpot
R3, R4 – 100 k ohms x 1/8 W - potenciômetro ou trimpot
R5 - 5,6 k ohms x 1/8 W - resistor (verde, azul, vermelho)
R6 - 100 k ohms - potenciômetro
R7- 47k ohms x 1/8 W- resistor (amarelo, violeta, laranja)
R8 -100 ohms x 10 W para rede de 220 V e 220 ohms x 10 W para a rede de 110 V.
R9 - 100 k ohms potenciômetro
R10 - 47 k ohms x 1/8 W - resistor (amarelo, violeta, laranja)
C1, C2 - capacitor de poliéster-1onF à 47nF
C3 - capacitor de poliéster-22 nF à100 nF
C4 - 1 nF - capacitor de poliéster
C5 -10 uF à 470 uF x 25 V ou mais - ver texto
S1 - interruptor simples
B1 - bateria de 9 V ou 6 pilhas ligadas em série
L1 - lâmpada de 5 W
L2 - lâmpada de 40 à 100 W ou carga resistiva até 4 A
MIC - cápsula de microfone de cristal
Diversos - conector para bateria, ponte de terminais ou placa de circuito impresso, fios, solda,knobs, caixa para o aparelho, soquetes para lâmpadas, cabo de alimentação, etc.
