Fotosensor - LDR
(Com indicação sonora; sensor, multivibrador e amplificador)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Objetivo
O projeto a seguir não constitui excepcional novidade para os 'macanudos' em eletrônica. Para o aluno e o espectador médio, entretanto, é um mundo novo de pecinhas, fios entrelaçados e esquemas intrincados. 
A intenção desse projeto numa Feira de Ciências é despertar alunos e espectadores para essa realidade eletrônica que nos cerca, levantando uma pequena ponta do véu do mistério. O aluno pode desenvolver excelente trabalho sobre o tema, desenvolvendo-o passo a passo, experimentando cada etapa num verdadeiro espírito científico, diferenciando-se assim da mera função de montar o dispositivo, incidir luz sobre o fotosensor resistivo e escutar o som emitido. Esse alarde final, o som estridente, é realmente, o que menos interessa, pois em seu lugar poderíamos acender uma lâmpada (ou apagá-la), acionar um motor elétrico, desligar o TV, acender o fogão, abrir a válvula eletromagnética de uma torneira etc.; a finalidade básica do projeto não é nenhuma dessas, e sim mostrar a função eletrônica básica nas diversas etapas.

Material

TR1 e TR4 — BC558 ou equivalentes;
TR2 e TR3 — BC548 ou equivalentes;
TR5 — BD135 ou equivalentes;
R1 — 10 kW (ver texto);
R2 — LDR, redondo, pequeno;
R3 — 12kW, 1/4W, 5%;
R4 — 3,3kW, 1/4W, 5%;
R5 — 15kW, 1/4W, 5%;
R6 e R9 — 5,6kW, 1/4W, 5%;
R7e R8 —56kW, 1/4W, 5%;
R10 — 100kW, 1/4W, 5%;
R11 —220 W, 1/4W, 5%;
R12 — 2,2kW, 1/4W, 5%;
Cl e C2 — 0,039mF, 250V, poliéster metalizado;
C3 — 1mF, 40V, eletrolítico;
C4 — 0,1mF, 250V, poliéster metalizado;
Fte — alto falante pequeno, 8ohms;  
CHI - interruptor simples; porta-pilhas, placa para CI, solda etc.

Montagem
O projeto em questão foi dividido em 3 partes didáticas e, em cada uma delas o aluno pode (e deve) efetuar medições, alterações, ajustes, etc. Essas partes são: o sensor de luz (LDR - Líght Dependent Resistor), o multivibrador e o amplificador de potência. Cada uma dessas partes pode ser desenvolvida separadamente e ao final, acoplá-las num projeto único.

Nas figuras a seguir mostramos, á esquerda, o circuito esquemático do sensor de luz, onde R2 é o LDR (de preferência montado no fundo de um tubo opaco), no centro, em tamanho natural, a pequena plaqueta do circuito impresso para o fotosensor, vista pela face cobreada e, á direita, a disposição dos componentes na plaqueta, vista pela face não cobreada.

Notamos nesse fotosensor que, o transistor TR1 (BC558) apresenta uma polarização de base projetada (e ajustada através de R1, R2 e R3) de tal modo que, na ausência de luz no LDR, ele permanece em corte (não conduz).
Eis como verificar o bom funcionamento dessa etapa, visualizando seu funcionamento:

a  — alimente a etapa com 6 VCC, com a polaridade correta;
b  — obstrua a entrada de luz no LDR;
c  — ligue um multiteste entre o coletor de TR1 (C) e o negativo da fonte de alimentação. O  multiteste deve estar ajustado para medir tensões (usado como voltímetro), na escala de 10 ou 12 VCC. As pontas de prova (com garras jacarés) podem ser presas aos terminais de R5;
d — ajuste o trim-pot ou potenciômetro R1 de modo que a tensão em R5 seja, aproximadamente, zero volts. Se necessário, ajuste também R3 e R4;
e — com luz incidindo no LDR, a tensão em R5 deve ir para (aproximadamente) 6 VCC. Uma vez ajustado R1 (R3 e R4), ele pode ser substituído por resistores fixos de mesmo valor ôhmico. Se você pretende manter um ajuste de sensibilidade para várias intensidades de luz, deixe, definitivamente, um potenciômetro miniatura de 47kW, em R1.

Ao ser atingido pela luz, a resistência do LDR (R2) diminui sensivelmente (por quê?), tornando negativa a base de TR1 e esse, por ser do tipo PNP, passa a conduzir, apresentando em C quase todo potencial elétrico da fonte.

Se você retirar o resistor R5 e substitui-lo por uma lampadinha de 6 V (um experimento aconselhável), ela deve acender ao incidir luz no LDR. No lugar da lampadinha pode ser colocado um LED (diodo emissor de luz) em série com um resistor de 330 ohms, ou um relê sensível para 6 V (mais dois procedimentos aconselháveis). Veja a ilustração dessas substituições:

Eis, até então, o esquema (e o funcionamento) de um dispositivo que liga ou desliga um outro ao comando da luz. Basta colocar esse outro componente (lâmpada, radinho, campainha CC etc) no lugar de R5, desde que sejam respeitadas a tensão e a corrente máxima permitida por TR1 (que pode ser outro p-n-p de maior potência que o BC558).

Vejamos a etapa do multivibrador. Nas figuras a seguir temos, á esquerda, o circuito esquemático do multivibrador; ao centro, a plaqueta do circuito impresso para essa etapa e, à direita, a disposição dos componentes na face não cobreada da plaqueta.

O multivibrador usa dois transistores, na chamada ligação cruzada e emissor comum. Cada transistor tem seu resistor de carga (R6 e R9) e seu resistor de polarização de base (R7 e R8) interligados em cruz, pelos capacitores de acoplamento C1 e C2. Desse modo, o sinal de TR2 vai para TR3 e o do TR3 vai para o TR2, permitindo a oscilação do sistema (bloqueia um — conduz o outro e vice-versa).
A rapidez dessa alternância abrupta (e que determina a sua freqüência de funcionamento) depende dos valores dos resistores (R6, R7, R8 e R9) e dos capacitores (C1 e C2). Para os valores indicados a freqüência gerada produzirá (no alto-falante da próxima etapa) um som muito estridente, convém alterar esses valores para não ferir os ouvidos dos espectadores que visitam a Feira. Muitos espectadores ficam irritados com tais sons agudos (... sou um deles!).
Esse sinal gerado, cuja forma de onda é praticamente retangular, pode ser recolhido do coletor de qualquer desses dois transistores pelo capacitor de acoplamento de áudio C3 (eletrolítico). Observe que a alimentação desse multivibrador não vem diretamente da fonte de 6 VCC e sim recolhida do coletor de TR1 da etapa anterior. Desse modo, o multivibrador só entra em funcionamento quando luz incidir no LDR.

Você pode substituir essa etapa (e a próxima) simplesmente ligando seu radinho de 4 pilhas no lugar do multivibrador. As pilhas do rádio servem para alimentar diretamente o fotosensor e este comanda o funcionamento do rádio, na presença de luz. Eis alguns detalhes:

Atente para as ligações, basta puxar 3 fios do radinho [+, (1) e -]. Para tanto, basta intercalar um pedacinho de papel entre o terminal positivo da última pilha do porta-pilhas e o terminal do porta-pilhas, intercalando de cada lado do papel os fios (+) e (1). O fio (—) vem da primeira mola do porta-pilhas.

Voltando ao multivibrador, o sinal recolhido por C3 é retangular e de pequena amplitude. Esse sinal é levado para o amplificador de áudio.

  Vejamos, para encerrar, a etapa amplificadora. Nas figuras a seguir, temos o esquema do pequeno amplificador para o projeto; uma ilustração da plaqueta do circuito impresso e nela, a disposição dos componentes.

O transistor TR4 (BC558) trabalha em condições de comutação (conduz/não conduz), devido ao sinal retangular negativo em sua base, proveniente de C3. Quando TR4 está saturado (conduz), a base de TR5 (BD135) fica positiva, ele conduz (por ser do tipo n-p-n), produzindo forte pulso no alto-falante. Esse pulso no alto-falante é ligeiramente filtrado pelo capacitor C4.

Não trás muito interesse, para efeito de experiências e apresentação em Feira de Ciências, juntar as 3 etapas numa só plaqueta. Porém, para os interessados, eis o circuito completo, a plaqueta única e a disposição dos componentes nas ilustrações a seguir:

 Bom sucesso!