Apostila -Pequenos Projetos Eletronicos

25/09/12 Página do Brat

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Pequenos projetos eletrônicos

Alguns circuitos práticos testados.

Chave acústica

Dobrador de tensão DC-DC com capacitor

Fonte ajustável de 0 a 12Vcc

Fonte simétrica a partir de um dobrador de tensão

Fonte simétrica a partir de um amplificador operacional(divisor de tensão)

Foto-célula

Gerador de corrente constante com amplificadoroperacional

Oscilador simples com 555

Temporizador para amplificador de áudio

Contatos:

Chave acústica com amplificador operacional



Este circuito é um interruptor acústico. Quando um som de amplitude suficiente atinge omicrofone, faz o relé ligar uma carga. Após algum tempo, que pode ser modificado com a trocado capacitor C2, a mesma é desligada.

Pode ser utilizado por exemplo para ativar um gravador de voz apenas quando alguém estárealmente falando. Ótimo para os xeretas de plantão que gostam de ficar ouvindo a conversados outros.

A base do circuito é um amplificador operacional com ganho muito elevado. Neste caso, na

configuração inversor, seu ganho será de . Todo este ganho é

importante para que o circuito atue mesmo com os ruídos mais baixos.

O sensor é uma cápsula de eletreto, que é um microfone ativo e necessita de alimentação emuito cuidado para que sua polaridade não seja invertida durante a instalação. O negativo é oterminal conectado na carcaça.

C1 é um capacitor necessariamente de poliéster ou cerâmica. Os eletrolíticos temnaturalmente alta fuga interna e devido ao grande ganho do amplificador, é suficiente parasaturar a saída, inviabilizando o circuito.

O diodo D1 pode ser do modelo 1N4148 sem prejuízos. É o responsável por impedir que acarga acumulada no capacitor C2 retorne ao amplificador.

C2 é eletrolítico, tem a finalidade de, junto com R4 criar um atraso no desligamento da carga,impedindo acionamentos repicados de alta velocidade. Pode ter seu valor aumentado oudiminuído caso deseje alterar esse tempo. Conecte o terminal negativo ao comum da fonte.

T1 é o transistor responsável pelo acionamento do relé que manipula a carga. Esse relé podeser qualquer um com corrente de bobina de até 300mA e tensão de 12V.

O diodo D2 é o responsável por consumir a força contra-eletromotriz da bobina do relé quandoo mesmo é desligado. A falta dele ou sua conexão invertida é certeza de destruição dotransistor.

Finalmente, o led indica que a carga foi ativada.



Neste projeto foi utilizada uma fonte simétrica de -12V a +12V, porém pode ser testada umafonte convencional ou mesmo bateria, com alguns ajustes, por sua conta e risco.

Funcionamento e ajuste

O potenciômetro ajusta a sensibilidade ao som. Ajuste para que não fique nem sensíveldemais, nem de menos. Se a intenção for o acionamento com a voz, fale normalmente e váajustando até que o led acenda. Pare de falar e após alguns segundos o led deve apagar.Repita o teste e reajuste se for necessário.

Boa diversão.

Fonte de 1A, ajustável de 0 a 12Vcc

Descrição do circuito

O transformador deve ter corrente máxima pelo menos 50% superior ao projeto, principalmentese for adquirido um dos “mais baratos”. Muitos componentes vendidos no mercado atualmentesão de qualidade muito baixa, assim, é recomendável a instalação de um com capacidadesuperior ao que será realmente usado para evitar surpresas desagradáveis. Cuidado aoselecionar a tensão no primário.

Os diodos retificadores devem ter capacidade de condução de corrente suficiente. Se desejaruma fonte com maior capacidade, estes componentes devem ser trocados.

O fusível é indispensável para a proteção geral do circuito.

O primeiro capacitor de 2200uF (eletrolítico) faz a filtragem da onda completa em contínua.Para valores maiores de corrente, deve ser aumentado na razão de aproximadamente 1000uFpara cada 1A. A tensão máxima deve ser de pelo menos 50% superior a tensão de pico desaída do transformador.

Por exemplo, com um transformador de 15V de saída, sua tensão de pico será de. Assim, o capacitor deverá ter tensão de pelo menos ,



cujo valor comercial mais próximo é 35V.

O regulador 7815 é utilizado aqui apenas como a fonte de tensão de referência, não necessitade dissipador.

O potenciômetro deve ser linear.

O transistor 2N3055 deve ser montado em um bom dissipador de calor, visto que poderádissipar bastante potência.

O capacitor de 100uF (eletrolítico) na saída tem como finalidade estabilizar a tensão com asvariações de corrente da carga e o último capacitor de 0,1uF deve ser cerâmico para eliminaros ruídos de alta frequência.

Funcionamento

Ajustando o potenciômetro é possível ajustar a tensão de saída. Só. Simples e funcional.

Fonte simétrica de 25mA com amplificador operacional, apartir de uma bateria


Este circuito é capaz de fornecer por exemplo, +6V e -6V a partir de uma fonte ou bateria de12V.

Veja outra sugestão no projeto “fonte simétrica com dobrador de tensão”.

Algumas vezes precisamos utilizar uma fonte simétrica para alimentar um circuito analógico ea única fonte de alimentação é uma bateria ou conjunto de pilhas. Neste caso, é possível criara fonte simétrica utilizando um amplificador operacional. Para isso basta gerar a tensão médiacom resistores e aplicar esta tensão ao amplificador, que manterá este valor constante na



saída.

Para isso é utilizada uma configuração especial, conhecida geralmente como buffer, onde atensão aplicada na estrada é a mesma na saída. O ganho é unitário, a diferença está naimpedância da entrada, que é altíssima e a da saída muito baixa.

Este modelo é muito utilizado em instrumentação industrial devido exatamente a impedânciaalta que não carrega os elementos primários, como por exemplo uma sonda de pH.

A impedância de entrada do 741 é de aproximadamente 2MΩ. Amplificadores modernos, comtecnologia FET têm impedâncias de até 500MΩ.

Os resistores R1 e R2 podem ter valores bastante altos, para evitar consumo desnecessárioda fonte, porém cuidado com a impedância interna do operacional. A saída é limitada àcorrente máxima do componente, que no caso do 741 fica em torno de 25mA. Para correntesmaiores é necessário acrescentar um amplificador de corrente com transistores em push-pullna saída.

Os capacitores devem ter tensão pelo menos 50% superior ao valor que serão submetidos.Sugestão: 63V.

Funcionamento

Este circuito opera com tensões a partir de aproximadamente 5V de uma bateria, conjunto depilhas ou fonte. A saída será a metade da alimentação.

Por exemplo, se for alimentado com uma bateria de 9V, terá as tensões de +4,5V e -4,5V.

Não ultrapasse os 30V, típico limite deste amplificador.

Foto-célula eletrônica




Se você necessita ligar ou desligar uma carga quando as condições de iluminação mudarem,como por exemplo ligar uma lâmpada quando escurecer, este circuito atende a essepropósito.

O sensor é um LDR (Light Dependent Resistor), que tem sua resistência aumentada naausência de luz.

Assim, quando há luz, a tensão do pino 2 do amplificador é maior que o pino 3, fazendo comque a saída fique negativa e o transistor corte. O relé desliga a carga.

Quando não há luz ambiente, o LDR aumenta sua resistência, fazendo com que a tensão naentrada inversora diminua e assim a saída fica positiva. O transistor satura e o relé liga,ativando a carga.

O diodo D1 tem a finalidade de desviar para terra a tensão negativa e D2 amortece a forçacontra-eletromotriz da bobina.

Funcionamento

Ajuste o potenciômetro para a quantidade de iluminação desejada para o acionamento dacarga.

Utilizei uma fonte simétrica. Amplificadores operacionais funcionam melhor assim, mas épossível utilizar uma fonte simples com alguns ajustes.

Caso deseje inverter a ação, ou seja, acionar uma carga quando o ambiente estiver iluminado,utilize uma (e apenas uma!) das seguintes alternativas, de acordo com a sua conveniência:

Inverta o LDR de posição com R2 ou

Inverta o pino 2 com o pino 3 do CI ou

Ao invés de utilizar o contato normalmente aberto, use o normalmente fechado do relé.

Para adicionar um tempo de atraso no circuito, evitando que mude de estado com flashes deluz, basta acrescentar um capacitor eletrolítico em paralelo com o resistor R2. A tensão deveser de pelo menos 25V e capacitância a partir de 470uF pode ser testada.

Gerador de corrente constante




Algumas vezes, ao invés de controlar a tensão na carga, precisamos controlar a corrente.

Por exemplo, alguns ensaios científicos, onde é necessário manter constante a corrente em umfluxo de íons ou para gerar a corrente de instrumentação industrial de 4 (ou 0) a 20mA.

Este circuito foi elaborado para fornecer uma corrente máxima em torno de 25mA, limite típicodo amplificador, sem uso de transistores de saída.

A carga faz parte do circuito de realimentação do amplificador e este é o grande segredodeste simples circuito e o potenciômetro permite o ajuste da corrente desejada.

Funcionamento

O amplificador operacional realimentado tem a tendência natural de manter as tensões dasduas entradas iguais. Assim, ajustando o potenciômetro em algum nível, a saída altera seuvalor até que consiga fazer com que a tensão do pino 2 seja igual ao pino 3.

O resistor de 250R foi escolhido de propósito para gerar a equivalência 0-20mA com 0-5V (ou4-20mA com 1-5V), padrão da instrumentação industrial.

O controle da corrente ocorre da seguinte forma: o potenciômetro define um valor de tensão,digamos 2,5V na entrada não inversora. O amplificador, via carga, fornece corrente suficientepara que a tensão do pino 2 fique equivalente ao pino 3. Essa corrente depende da tensãosobre o resistor ligado ao terra, que neste caso é de 250R. No exemplo, para que tenhamos2,5V em um resistor de 250R será necessário 10mA, de acordo com a lei de ohm.



Veja que o valor da corrente não depende da impedância da carga e somente da tensão nopino 2. Dessa forma, variações do circuito controlado não provocarão alterações da corrente,dentro dos limites operacionais.

Um curto-circuito na carga não tem nenhum efeito danoso, pois a corrente está limitada aovalor ajustado.

Para mudar a relação entre tensão de controle e corrente, mude o resistor de derivação para aterra, considerando os limites de tensão da alimentação e a impedância máxima da carga.

Conecte um amperímetro em série com a carga para ajustar a corrente, ou então use a relaçãoda lei de ohm e monitore a tensão no pino 2 e calcule a corrente.

O amplificador 741 tem limites operacionais máximos de 18V simétricos de alimentação e25mA de corrente de saída. Para correntes maiores será necessário utilizar algum transistorna saída.

Oscilador (extremamente) simples com 555


A proposta deste circuito é ser o mais simples possível e utilizar o menor número decomponentes. Foram utilizados apenas os componentes geradores da constante de tempo – Re C – e o circuito integrado 555, mais nada, gerando uma onda quadrada simétrica.

Funcionamento

O circuito integrado 555 é muito versátil, porém, sempre utiliza um número razoável deresistores e tem o inconveniente de gerar onda quadrada assimétrica. Para conseguir asimetria na saída, são necessários mais alguns componentes.

Este circuito gera um sinal realmente quadrado utilizando apenas um resistor e um capacitor.

Isso é possível utilizando a própria saída como fonte de corrente para o capacitor.



Seu funcionamento se resume no seguinte:

Quando ligado, o capacitor está completamente descarregado, abaixo portando do limiar dopino 2. Dessa forma, a saída é forçada para nível alto. Como o capacitor está conectado nasaída via resistor, acontece a carga até que o valor de disparo do pino 6 é atingido e asituação se inverte.

O pino 6 inverte a saída, fazendo-a ir para zero. O capacitor é forçado a descarregar viaresistor.

Como tanto a carga como a descarga acontecem pelos mesmos componentes e caminhos(saída, resistor e capacitor), os tempos são os mesmos e o sinal é simétrico.

Faça testes para obter a frequência desejada. Apenas cuidado com alguns detalhes:

Não utilize resistor abaixo de 1KΩ, a corrente drenada da saída será muito alta eaquecerá o circuito integrado

Capacitor de valor muito alto, principalmente eletrolítico tem fuga interna grande, o quepode fazer com que o circuito não oscile

O 555 tem limites operacionais de 4,5 a 16V e corrente máxima de saída de 200mA

Os pinos 5 e 7 não são usados

Temporizador para retardo da ligação do alto-falante noamplificador


Recentemente me deparei com um problema didático: quando precisava passar filmes parameus alunos usando o laptop, não tinha uma saída de som decente. Os alto-falantes docomputador não dão conta do recado e aquelas caixinhas amplificadas tem uma resposta



sonora bastante sofrível.

Então resolvi construir minha própria caixa amplificada usando o mínimo possível decomponentes comprados. Foi assim que construí meu Frankenstein.

Juntei uma velha fonte chaveada de 12V x 1,5A, um pequeno kit de amplificador utilizando umTDA2005 na configuração mono e um ventilador de fonte de PC. A única compra foi um par dealto-falantes de 4” automotivo com tweeter. Não posso deixar de relatar a caixa de artesanatoutilizada para acondicionar os equipamentos gentilmente doada pela Sra. Dona Onça (sem elasaber, claro).

Tudo funcionou bem, até que me deparei com um problema que já tinha ouvido falar. Quandoligo o amplificador, durante o tempo de estabilização e carga dos capacitores, os alto-falantesse deslocam violentamente. Ao desligar ocorre o mesmo, junto com um desagradável estraloagudo. Então vi em uma edição da conceituada revista Elektron um circuito de retardo queinibe justamente esses efeitos citados. O porém é que o circuito é um tanto quanto complexo,então resolvi construir o meu com o mínimo de peças possíveis e com componentesdisponíveis no laboratório da escola e foi isso que nasceu.

Quando ligo a minha “caixinha”, este circuito provoca um retardo de aproximadamente 3segundos até que o relé ligue e libere o som. Desligando, o mesmo corta quase queimediatamente os alto-falantes, impedindo o estralo e movimento brusco do cone.

Funcionamento

A idéia central é um circuito que temporize na ligação e desligue imediatamente nodesligamento.

Ao ligar a fonte, o capacitor C1 está descarregado e vai se carregar lentamente através de R1.Este é o circuito de tempo.

Para que o transistor sature, a tensão no capacitor deve ser maior que a barreira imposta pelodiodo zener de 10V, mais a junção do próprio transistor, o que faz com que este último saturesomente quando o capacitor atinja pelo menos 10,7V. Quando isso acontece, o relé liga e oamplificador é conectado aos alto-falantes.

No momento que a fonte é desligada, para que o capacitor se descarregue rapidamente, odiodo D1 faz com que parte da sua carga seja entregue para o resto do circuito, que acabaconsumindo a sua carga rapidamente e assim o transistor corta antes que a fonte caiacompletamente.

R2 garante a referência de zero para a base do transistor enquanto a tensão do capacitor estásubindo, R3 limita a corrente de base.

O diodo D2 consome a contra-corrente gerada na bobina do relé no momento dodesligamento (cuidado com sua polaridade!).

O relé usado foi um de apenas 1 contato normalmente aberto, mas você pode utilizar um com 2contatos abertos se tiver um amplificador stereo.



Dobrador de tensão a capacitor


Este circuito foi parte de um projeto onde era necessário 24V a partir de uma bateriaautomotiva. A corrente máxima fornecida é da ordem de 100mA e precisa de um oscilador deonda quadrada conectado entre J1 e o negativo. O oscilador utilizado pode perfeitamente sero descrito neste trabalho (oscilador simples com 555) e a sugestão de circuito final está aqui.

Não está indicado no oscilador os valores de R e C porque podem ser necessárias alteraçõespara melhorar o desempenho de acordo com a tensão de alimentação, mas é possívelcomeçar os testes com R = 10KΩ e C = 47nF (0,047uF ou 47KpF). Leia o descritivo dooscilador se deseja usá-lo.

Funcionamento

O princípio de funcionamento é simples, conhecido em alguns casos como “charge pump” etem dois tempos de funcionamento:

Carga:



Enquanto o oscilador está em nível baixo, o transistor T1 está cortado e T2 saturado. Assim, acorrente da fonte circula por D1, C1 e T2, carregando o capacitor.

Descarga:

No momento em que o oscilador vai para nível alto, T1 satura e T2 corta. O capacitor éconectado em série com a bateria, somando suas tensões. D2 conduz e carrega C2 com estatensão maior.

Estes ciclos devem ser repetidos indefinidamente para carregar C1 e descarregá-lo na carga.Na verdade, a tensão de saída não será o dobro porque temos que considerar as quedas detensão dos diodos e transistores, o que faz com que a saída tenha aproximadamente oseguinte valor:

Vsaída = (Vfonte x 2) – 2

Para melhorar, é possível trocar os diodos de silício por diodos shottky rápidos e com baixatensão de barreira, facilmente encontrados em velhas fontes de PC desativadas. Não sãorecomendados os diodos retificadores comuns, como o 1N4007 devido a sua baixavelocidade.

Como dobramos a tensão, a corrente drenada da fonte será o dobro e deve ser considerada.



Por exemplo, utilizando uma carga de 100mA, o circuito exigirá aproximadamente 200mA dabateria.

Fonte simétrica com dobrador de tensão


Esta fonte fornece uma saída de por exemplo +12V e -12V a partir de uma fonte ou bateria de12V.

Veja outra sugestão no projeto “fonte simétrica de 25mA com amplificador operacional”.

O projeto é exatamente igual ao anterior (dobrador de tensão a capacitor) e aproveita o fato docapacitor C1 funcionar como uma segunda fonte em série com a bateria. A corrente máximafornecida é da ordem de 100mA e precisa de um oscilador de onda quadrada conectado entreJ1 e o negativo. Novamente aqui o oscilador pode ser o descrito neste trabalho (osciladorsimples com 555) e a sugestão de circuito final está aqui.

Não está indicado no oscilador os valores de R e C porque podem ser necessárias alteraçõespara melhorar o desempenho de acordo com a tensão de alimentação, mas é possívelcomeçar os testes com R = 10KΩ e C = 47nF (0,047uF ou 47KpF). Leia o descritivo dooscilador se deseja usá-lo.

Funcionamento

O princípio de funcionamento da carga e descarga é o mesmo já descrito para o dobrador acapacitor.



C1 é carregado com a mesma tensão da fonte e é utilizado para fornecer o potencial positivo.C2 armazena a tensão de saída do dobrador e fornece uma valor mais estável para a carga.

Se achar conveniente, acrescente mais dois capacitores, um para cada saída e o terra paramaior estabilidade. Cuidado com a polaridade! Podem ser testados componentes de 4,7uF etensão de pelo menos 50% maior que a saída.

Como dobramos a tensão, a corrente drenada da fonte será o dobro e deve ser considerada.Por exemplo, utilizando uma carga de 100mA, o circuito exigirá aproximadamente 200mA dabateria.

Em eterna construção

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