Base de tempo via rede

Escrito por Renato Paiotti
Ter, 15 de Fevereiro de 2011 03:34


Relógios digitais, cronômetros, frequencímetros, capacímetros aproveitam em muitos casos, a frequência estável da rede de energia para seu sincronismo interno. Diversas são as maneiras de se obter pulsos em intervalos conhecidos e neste artigo descrevemos um circuito interessante para esta finalidade, pois mesmo usando a rede de energia, tem isolamento total sem necessitar de transformador.
O meio mais simples de se obter um sinal de 60 Hz ou 120 Hz estável, para base de tempo de instrumentos como frequencímetros o capacímetros, ou ainda para aparelhos comuns como cronômetros ou relógios, é a partir de um transformador ligado à rede de energia.
Conforme mostra a figura 1, este mesmo transformador também é usado para a alimentação do aparelho.





No entanto, para um equipamento que deva ser compacto, leve e apresente baixo consumo, o transformador pode representar um ponto crítico do projeto, pois se trata de componente volumoso, caro e pesado.
Uma alternativa interessante para se obter pulsos de sincronismo da rede com isolamento total para servir de base de tempo em circuitos digitais é a que parte de acopladores ópticos.
O projeto que apresentamos é justamente deste tipo: com dois acopladores ópticos este circuito fornece um sinal de 120 Hz na rede de 120 Hz ou 100 Hz se usado numa rede de 50 Hz.

Características:
Tensão de entrada: 110/220VCA (50 ou 60 Hz)
Frequência de saída: 100 ou 120 Hz
Tensão de alimentação: 3 a 15 V
Compatibilidade lógica: CMOS

COMO FUNCIONA
Dois acopladores ópticos são ligados em paralelo mas em configuração tal que formam um detector de passagem por zero (zero crossing detector).
Num semiciclo, o LED do primeiro acoplador permanece aceso enquanto que no outro semiciclo o LED do segundo acoplador é que acende. No entanto, na passagem por zero da tensão da rede, nenhum dos LED estará aceso o que é suficiente para aplicar na entrada do 4093B um nível lógico alto.
Neste momento, a tensão de saída da porta do 4093B vai ao nível baixo.
Dependendo do ajuste de P1 podemos ter diversas larguras para o pulso produzido na saída, o que vai depender da aplicação.
O resistor R1 tem um valor que depende da tensão da rede de energia. No diagrama temos um valor sem parêntesis para a rede de 110V e um valor entre parêntesis para a rede de 220V.
Observe que a excitação do acoplador é feita quando a luz do LED infravermelho atua sobre o foto-transistor, não havendo contacto elétrico entre esses dois componentes. Assim, temos um isolamento total da rede de energia que excita o LED, da saída do acoplador que excita o integrado CMOS.

MONTAGEM
Na figura 2 temos o diagrama completo da base de tempo.





Se bem que este circuito nas suas aplicações normais vá fazer parte de outro projeto como, por exemplo, a entrada de um cronômetro ou relógio, nada impede que ele seja usado com finalidades didáticas ou experimentais. Para esta finalidade, damos uma placa independente que é mostrada na figura 3.





As outras portas do 4093B podem ser usadas como buffers e inversores adicionais para a obtenção de pulsos simétricos na frequência de 100 Hz ou 120 Hz.
Para a obtenção de 1 pulso por segundo damos na figura 4 um circuito divisor por 120.





Evidentemente, este caso se aplica apenas à rede de 120 Hz, já que na rede de 50 Hz precisaremos de um divisor por 100.
Os acopladores ópticos podem ser do tipo 4N25 ou equivalentes, e o resistor R1 deve ter uma dissipação de pelo menos 1 W.

PROVA E USO
Para provar, podemos ligar na saída do circuito um frequencímetro ou um osciloscópio e ajustar P1 para obter os pulsos na largura desejada.
O ajuste deve ser feito de modo que o circuito seja o máximo possível imune a transientes que podem provocar seu acionamento errático.




Lista de Materiais:

Semicondutores:
CI-1, CI-1 - 4N25 - acopladores ópticos
CI-3 - 4093B - circuito integrado CMOS


Resistores: (1/8W, 5%)
R1 - 47k Ω x 1 W (110V) ou 100k Ω x 1W (220V)
R2 - 10 k Ω
P1 - 1 M Ω

Diversos:
placa de circuito impresso, soquetes para os circuitos integrados, fios, solda, etc.



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