O 'dom' da batuta

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

Objetivo
Aqui apresentamos um 'truque' eletrônico simples, para prover um pouco de prazer para o novato em eletrônica ou para o hobista. É um incentivo à primeira montagem com circuito integrado CMOS ou com um TTL. 

Componentes

S1 a S6 - relés de lâmina (reed switches)
IC1 - CI CMOS 4081
TR1 - transistor NPN, BD243C
D1 a D3 - diodos 1N4148
R1 a R4 - resistores de 47k, 1/4W
R5 - resistor de 1k5
LP1 - lâmpada de filamento para 7,2 V (ver texto)
B1 - bateria de 9V
C1 - capacitor de 1 mF x 16V
Batuta - vareta plástica oca com um ímã cilíndrico inserido numa extremidade

Circuito esquemático

O truque
O 'truque' funciona assim: a batuta (a vareta plástica com um imã montado em um extremo) tem que passar na sucessão correta (ordem 1, 2 e 3) sobre os interruptores de lâminas de S4 a S6; com isso a lâmpada LP1 acenderá. Se a batuta passar (mesmo sem querer!) sobre o interruptor S1, S2 ou S3, durante a tentativa anterior 1, 2 e 3, a sucessão será anulada, ou seja, a lâmpada LP1 não acende. Ou, se a lâmpada já estiver acesa, a ativação de qualquer um dos interruptores S1, S2 ou S3 a apagará.

Montagem
Uma caixinha plástica ou mesmo uma de madeira de balsa com tampa de (10 x 10) cm será suficiente para alojar o circuito. Todos os reed switches (reles de lâminas), S1 a S6, deverão ser colados (fita adesiva ou dupla face) na face interna da tampa da caixa conforme a sugestão a seguir:

O uso da fita adesiva facilitará o ajuste dos relés ou troca posterior, se necessário. O soquete da lâmpada LP1 pode ser colocado próximo à lateral; a bateria de 9V (a quadradinha) fica no interior da caixa.

A batuta pode ser movida para a frente e para trás ou em qualquer outra direção (isso serve para disfarçar o truque) desde que a condição final seja obedecida: passar na correta seqüência 1-2-3 sobre os relés S4, S5 e S6 (isso é o que fará a lâmpada acender!). Esses movimentos rápidos da batuta dificultam os espectadores de perceberem a seqüência final e será muito difícil alguém acertar a correta ordem para acender a lâmpada. A batuta poderá passar sobre S4 e depois sobre S5, mas, se a seguir passar sobre S1 (ou S2 ou S3) a seqüência será quebrada ... não adianta agora passar sobre S6. A ordem 1-2-3 não foi realizada.
A lâmpada de filamento para 7,2V foi escolhida de propósito (em lugar de LED e resistor de carga) justamente para dar um caráter mais 'caseiro' e menos sofisticado ao visual final. Evitou-se aquela aparência 'eletrônica'.
Para fazer a batuta, usei uma vareta plástica oca, de uns 30 cm de comprimento e 6 mm de diâmetro externo, onde inseri numa extremidade um ímã cilíndrico de uns 4 cm de comprimento (encaixou direitinho no furo da vareta!).
Na falta de um ímã cilíndrico, outras opções devem ser tentadas. Uma delas é retirar o ímã de um pequeno alto falante de 2" já fora de uso e colar esse ímã (que tem cerca de 8 mm de diâmetro) na ponta de uma vareta de madeira de mesmo diâmetro.
Se você tiver um 'superímã' ("neoBdímio", por exemplo) poderá colá-lo simplesmente na ponta do dedo e usar a mão em lugar da batuta. Ímãs de 'neodímio' pequenos podem ser encontrados em unidades ópticas de leitoras de CD --- essas unidades são jogadas fora, aos montes, em oficinas de consertos de CDs --- são bem pequenos e permitem serem facilmente ocultados na extremidade da batuta. Quem quiser comprar ímãs sob medida, eis uma sugestão: http://www.magnetosgerais.com.br/ .

Se não conseguir a lâmpada de filamento para 7,2 V, tente uma de 6 V (usada em lanterna de 4 pilhas) em série com outra de 1,5 V (lâmpada mignon - pingo d'água) ou, a lâmpada de 6 V com resistor de carga adequado. O recurso final (ainda com alimentação de 9V) é usar um LED com resistor de carga de 330 ohms, 1/4 W.

Funcionamento
A operação do circuito é bastante simples. Usamos as três portas lógicas AND do CMOS 4081. Essas portas de IC1a até IC1c foram configuradas como um circuito de travamento típico, em cascata. S1 até S3 servem para re-armar a configuração (reset). O pino 10, de saída, apresenta estado lógico 'alto' quando os interruptores de S4 até S6 são fechados em seqüência.
A saída (10) ficará em nível baixo até que as três entradas passem para nível lógico alto, aí sim o estado da saída muda de baixo para alto. Quando a saída (10) estiver em nível alto, a corrente fluirá através do diodo D3 mantendo a entrada (8) do setor IC1c em nível alto travando o circuito e alimentando uma das entradas da etapa anterior, onde se repete o processo.
Quando algum dos reles do reset (S1 a S3) é ativado (fechado), ocorre um desligamento em cascata, pois não satisfazendo a condição na primeira porta, (as três entradas em nível alto) ela irá a nível baixo e não satisfará a condição na segunda porta que também irá a nível baixo e assim por diante até apagar a lâmpada.
Se uma das chaves, que não seja a primeira, for acionada logo após um reset, não acontecerá nada (a lâmpada não acende) pois apenas uma das entradas das porta estará em nível alto.
Um detalhe, a lógica dos reles são inversas; S1, S2 e S3 levam a porta à nível baixo quando ativados, já S4, S5 e S6 levam a nível alto.

O transistor de potência TR1 amplifica a corrente de saída que circula também pela lâmpada LP1.

Dada a baixa corrente drenada pelo circuito na condição de 'espera' (lâmpada apagada), dispensou-se a chave liga/desliga. Todavia você poderá acrescentá-la ao circuito. Na nossa montagem, para desligar tudo, é só abrir a caixa e desconectar a bateria.

Variantes do projeto
Para uma Feira de Ciências, onde o uso do aparelho será bem prolongado, é recomendável substituir a bateria de 9V por uma associação de 6 pilhas de lanterna (pequenas) em série; melhor ainda seria uma fonte de alimentação de 9V bem filtrada e estabilizada. Por outro lado, esse número excessivo de pilhas em série, pode ser minimizado com o uso da técnica TTL em substituição ao CI CMOS, uma vez que o TTL funciona com tensões de 4 a 6 V (4 pilhas em série).
A vantagem do TTL sobre o CMOS, além da redução do número de pilhas (de 6 para 4), tem ainda o fator que, usando 4 pilhas (6V) o aparelho ainda funcionará conforme as pilhas vão se desgastando e, outra vantagem, será o uso de uma lâmpada de 6V (comum para lanternas de 4 pilhas ou em oficinas de conserto de rádios) em substituição àquela de 7,2 V.
O equivalente TTL do CD4081 é o SN7408 (cuja folha de dados pode ser vista na página da Philips:
<http://www.semiconductors.philips.com/acrobat_download/datasheets/74F08_2pdf>).
Usando a nova fonte de 6V, e o LED em substituição à lâmpada, os resistores de carga serão os seguintes: LED (vermelho ou amarelo), 200 ohms; LED (azul, verde ou laranja), 150 ohms. No caso de se usar o LED, até mesmo o transistor TR1 pode ser dispensado, ligando LED diretamente do R5 (e nesse caso, o R5 será substituído pelo adequado resistor de carga, de 150 ou 200 ohms) para o negativo do circuito.

Agradecimento
O preparo desse material foi enriquecido com sugestões dadas pelo amigo Fábio Henrique Cicuto Gonçalves <fabio.henrique.gonca@terra.com.br> , um 'eletrônico' de mão-cheia!