Este circuito ativa um relé ligando ou desligando uma carga, na forma biestável, a partir da aproximação de qualquer corpo condutor de um sensor. O sistema não é de toque, mas sim capacitivo de grande sensibilidade, podendo ser usado como alarme, na abertura de portas secretas e em muitas outras aplicações interessantes.
Este projeto digital utiliza três circuitos integrados CMOS e caracteriza-se pela sua sensibilidade e modo de ativação diferente. Trata-se de uma chave digital capacitiva que opera pelo efeito que a aproximação de um objeto causa no comportamento do circuito
Sua sensibilidade depende do ajuste e do sensor, mas a simples aproximação da mão de uma peça a alguns centímetros é suficiente para comutar um relé ativando uma carga externa
Uma aplicação interessante seria na abertura de portas, como nos filmes de ficção científica, em que uma pessoa agita a mão diante de uma porta e ela se abre (ou fecha).
A alimentação do setor digitai é feita com 12 V, e o relé empregado tem contatos para 2 A apenas. Com a troca do relé pelo G1RC2. De 10 A. cargas muito mais potentes pedem ser acionadas.
Características
Tensão de alimentação: 12 V
Consumo em repouso: 10 mA (tip)
Consumo ativado (relé energiza- do): 60 mA
Carga máxima: 2 A
Freqüência do sensor: 100 a 400 kHz
Modo de atuação: biestável
COMO FUNCIONA
Na figura 1 temos um diagrama em blocos, e na figura 2 o circuito completo da chave digital.
O oscilador formado por CI (4093B) gera um sinal retangular numa freqüência entre 100 a 400 kHz, o qual é amplificado digitalmente e aplicado, via C4, à entrada de um detector onde também temos a ligação do sensor ou antena X1.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
Cl i - 4093B - circuito integrado CMOS
CI2 - CA3140 - amplificador operacional JFET
CI3 - 4013 - circuito integrado CMOS
Q1 - BC548 - transistor NPN de uso geral
D1, D2, D3 -1N4148 - diodos de silício de uso geral
Resistores (1/8 W, 5%):
Ri, R3, R6 -10 kΩ (marrom, preto, laranja)
R2 -1 MΩ (marrom, preto, verde)
R4 -120 kΩ (marrom, vermelho, amarelo)
R5 -100 kΩ (marrom, preto, amarelo)
P1 - trimpot de 100 kΩ
Capacitores:
C1 -1 nF - cerâmico
C2 -100 pF - cerâmico
C3, C5 -100 nF - cerâmicos ou de poliéster
C4 - 47 pF - cerâmico
C6 - 470 (µ.F - eletrolítico de 16 V
Diversos:
X1 - Sensor - ver texto
KT - MCH2RC2 - Relé Metaltex de 12 V
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, fonte de alimentação, soquetes para os circuitos integrados, fios, solda etc.
O circuito integrado CI2, consiste num amplificador que é ajustado via P1 de modo a ficar no limiar da detecção do sinal, mas um pouco acima do nível necessário para isso.
Quando qualquer objeto se aproximar de X1, ele se comporta como a segunda armadura de um capacitor que, em série com C4, forma um divisor para o sinal.
Desta forma, a aproximação de qualquer corpo do sensor faz com que o nível de sinal no detector formado pelos diodos Dj e D2 caia, e conseqüentemente o sinal na entrada
Inversora do amplificador operacional CI2.
O resultado é que, estando o ajuste no limiar, com a queda da intensidade do sinal há a comutação e a produção de um sinal na saída do operacional.
Esta saída, que estava no nível baixo, passa então ao nível alto, e com o eventual afastamento do objeto de X1 ela volta ao seu nível normal.
Temos então um pulso de comutação para o próximo estágio do circuito, que consiste num flip-flop com base no circuito integrado CMOS 4013.
O circuito é resetado automaticamente quando a alimentação é estabelecida, via C5 e R5, mantendo assim a saída ligada a R6 (pino 13) no nível baixo.
Desta forma, o relé controlado por Q1 estará desativado, e a carga ligada aos contatos NA desativada.
Quando um pulso de comutação é produzido na saída do CA3140 (amplificador operacional) o flip- flop comuta e o transistor satura energizando o relé.
Para que 0 flip-flop mude novamente de estado, desligando o relé, é preciso que haja nova comutação de CI2 com a aproximação de um objeto de X1.
Os ciclos de liga e desliga do relé podem ser repetidos indefinidamente com o afastamento e a aproximação de objetos ou de pessoas do sensor X1
MONTAGEM
A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.
Uma fonte de alimentação estabilizada com o circuito integrado 7812 é mostrada na figura 4.
Os circuitos integrados devem preferivelmente ser instalados em soquetes DIL, assim como o relé, se for do tipo indicado. Para o tipo G1RC2,
de 12 V x 10 A, o layout da placa deve ser alterado.
Os diodos são de silício de uso geral, admitindo equivalentes, e o transistor pode ser o BC548 ou qualquer equivalente.
O sensor consiste numa placa de metal de 5 a 20 cm de lado, ligada ao circuito por meio de um cabo curto ou então blindado com a malha aterrada.
AJUSTES E USO
Inicialmente ligue o circuito e conecte na saída de CI2 um multímetro na escala de tensões do 0-12 V ou que permita leituras nesta faixa.
Ajuste vagarosamente P1 até obter uma saída de 0 V. Se isso não ocorrer, verifique se CI1 está oscilando. A aproximação de um rádio transistorizado do sensor é suficiente para se ter a comprovação, pois o sinal gerado será captado.
Feito o ajuste aproxime a mão do sensor: deve haver a comutação do circuito com o fechamento dos contatos do relé. Nova aproximação e teremos tanto a nova comutação como a alteração no nível de tensão da saída de CI2.
Comprovado 0 funcionamentos é só fazer a instalação definitiva do aparelho.
Na figura 5 temos 0 modos de fazer com que uma lâmpada acenda pela simples passagem de uma pessoa sobre um tapete, sob 0 qual haja uma placa sensora.
Substituindo o 4013 por um 555 na configuração monoestável, conforme mostra a figura 6, podemos ter o acionamento temporizado do relé.
Esta configuração, em especial, presta-se para um anunciador de intrusos em que haja 0 toques temporizado de uma campainha.
Outra possibilidade é na abertura de uma porta por meio de motor ou ainda em alarmes.
Este projeto digital utiliza três circuitos integrados CMOS e caracteriza-se pela sua sensibilidade e modo de ativação diferente. Trata-se de uma chave digital capacitiva que opera pelo efeito que a aproximação de um objeto causa no comportamento do circuito
Sua sensibilidade depende do ajuste e do sensor, mas a simples aproximação da mão de uma peça a alguns centímetros é suficiente para comutar um relé ativando uma carga externa
Uma aplicação interessante seria na abertura de portas, como nos filmes de ficção científica, em que uma pessoa agita a mão diante de uma porta e ela se abre (ou fecha).
A alimentação do setor digitai é feita com 12 V, e o relé empregado tem contatos para 2 A apenas. Com a troca do relé pelo G1RC2. De 10 A. cargas muito mais potentes pedem ser acionadas.
Características
Tensão de alimentação: 12 V
Consumo em repouso: 10 mA (tip)
Consumo ativado (relé energiza- do): 60 mA
Carga máxima: 2 A
Freqüência do sensor: 100 a 400 kHz
Modo de atuação: biestável
COMO FUNCIONA
Na figura 1 temos um diagrama em blocos, e na figura 2 o circuito completo da chave digital.
O oscilador formado por CI (4093B) gera um sinal retangular numa freqüência entre 100 a 400 kHz, o qual é amplificado digitalmente e aplicado, via C4, à entrada de um detector onde também temos a ligação do sensor ou antena X1.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
Cl i - 4093B - circuito integrado CMOS
CI2 - CA3140 - amplificador operacional JFET
CI3 - 4013 - circuito integrado CMOS
Q1 - BC548 - transistor NPN de uso geral
D1, D2, D3 -1N4148 - diodos de silício de uso geral
Resistores (1/8 W, 5%):
Ri, R3, R6 -10 kΩ (marrom, preto, laranja)
R2 -1 MΩ (marrom, preto, verde)
R4 -120 kΩ (marrom, vermelho, amarelo)
R5 -100 kΩ (marrom, preto, amarelo)
P1 - trimpot de 100 kΩ
Capacitores:
C1 -1 nF - cerâmico
C2 -100 pF - cerâmico
C3, C5 -100 nF - cerâmicos ou de poliéster
C4 - 47 pF - cerâmico
C6 - 470 (µ.F - eletrolítico de 16 V
Diversos:
X1 - Sensor - ver texto
KT - MCH2RC2 - Relé Metaltex de 12 V
Placa de circuito impresso, caixa para montagem, fonte de alimentação, soquetes para os circuitos integrados, fios, solda etc.
O circuito integrado CI2, consiste num amplificador que é ajustado via P1 de modo a ficar no limiar da detecção do sinal, mas um pouco acima do nível necessário para isso.
Quando qualquer objeto se aproximar de X1, ele se comporta como a segunda armadura de um capacitor que, em série com C4, forma um divisor para o sinal.
Desta forma, a aproximação de qualquer corpo do sensor faz com que o nível de sinal no detector formado pelos diodos Dj e D2 caia, e conseqüentemente o sinal na entrada
Inversora do amplificador operacional CI2.
O resultado é que, estando o ajuste no limiar, com a queda da intensidade do sinal há a comutação e a produção de um sinal na saída do operacional.
Esta saída, que estava no nível baixo, passa então ao nível alto, e com o eventual afastamento do objeto de X1 ela volta ao seu nível normal.
Temos então um pulso de comutação para o próximo estágio do circuito, que consiste num flip-flop com base no circuito integrado CMOS 4013.
O circuito é resetado automaticamente quando a alimentação é estabelecida, via C5 e R5, mantendo assim a saída ligada a R6 (pino 13) no nível baixo.
Desta forma, o relé controlado por Q1 estará desativado, e a carga ligada aos contatos NA desativada.
Quando um pulso de comutação é produzido na saída do CA3140 (amplificador operacional) o flip- flop comuta e o transistor satura energizando o relé.
Para que 0 flip-flop mude novamente de estado, desligando o relé, é preciso que haja nova comutação de CI2 com a aproximação de um objeto de X1.
Os ciclos de liga e desliga do relé podem ser repetidos indefinidamente com o afastamento e a aproximação de objetos ou de pessoas do sensor X1
MONTAGEM
A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.
Uma fonte de alimentação estabilizada com o circuito integrado 7812 é mostrada na figura 4.
Os circuitos integrados devem preferivelmente ser instalados em soquetes DIL, assim como o relé, se for do tipo indicado. Para o tipo G1RC2,
de 12 V x 10 A, o layout da placa deve ser alterado.
Os diodos são de silício de uso geral, admitindo equivalentes, e o transistor pode ser o BC548 ou qualquer equivalente.
O sensor consiste numa placa de metal de 5 a 20 cm de lado, ligada ao circuito por meio de um cabo curto ou então blindado com a malha aterrada.
AJUSTES E USO
Inicialmente ligue o circuito e conecte na saída de CI2 um multímetro na escala de tensões do 0-12 V ou que permita leituras nesta faixa.
Ajuste vagarosamente P1 até obter uma saída de 0 V. Se isso não ocorrer, verifique se CI1 está oscilando. A aproximação de um rádio transistorizado do sensor é suficiente para se ter a comprovação, pois o sinal gerado será captado.
Feito o ajuste aproxime a mão do sensor: deve haver a comutação do circuito com o fechamento dos contatos do relé. Nova aproximação e teremos tanto a nova comutação como a alteração no nível de tensão da saída de CI2.
Comprovado 0 funcionamentos é só fazer a instalação definitiva do aparelho.
Na figura 5 temos 0 modos de fazer com que uma lâmpada acenda pela simples passagem de uma pessoa sobre um tapete, sob 0 qual haja uma placa sensora.
Substituindo o 4013 por um 555 na configuração monoestável, conforme mostra a figura 6, podemos ter o acionamento temporizado do relé.
Esta configuração, em especial, presta-se para um anunciador de intrusos em que haja 0 toques temporizado de uma campainha.
Outra possibilidade é na abertura de uma porta por meio de motor ou ainda em alarmes.
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