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Mensagem por Railson em Dom 30 Out 2011 - 19:31


Este dispositivo mantém os animais afastados das áreas recentemente semeadas, de pomares, etc.
Este dispositivo foi concebido para afugentar uma grande variedade de animais. Além disso, deve oferecer também alguma protecção aos rebentos e aos frutos.
Não está exactamente estabelecido quais são os animais mais susceptíveis aos ultrasons de alta potência, mas obtiveram-se resultados muito positivos quando se fizeram ensaios com um aparelho semelhante, de potência inferior.
O dispositivo que vai ser descrito, utiliza um transdutor ultrasónico, de 40KHz, que emite impulsos de 100V a intervalos de dois segundos. Usa-se um circuito muito eficaz, com o que se consegue que o consumo médio de corrente total seja de só 15mA com 9V (o protótipo foi montado com 12 V, igualmente com excelentes resultados). Isto permite a alimentação a pilhas.
Como alternativa, uma bateria usada, de automóvel, proporcionará várias semanas de funcionamento a partir de uma única carga, e a 12 V dará uma saída superior.

Descrição do circuito


Afugentador de animais 001sje




O esquema completo está representado na figura 1. Um circuito integrado com quatro portas OR de duas entradas, o IC1, realiza todas as tarefas complicadas, enquanto que o transístor TR1 proporciona o sinal de saída.
O oscilador a cristal, de 40KHz, que gera uma forma de onda rectangular, é formado por IC1 e pelos componentes associados. É um circuito normal, no qual a resistência R4 proporciona a polarização de c.c. e fixa a porta no modo linear, para que funcione como amplificador.
A realimentação é efectuada através da resistência R5 e do cristal X1, à sua frequência de ressonância, para que o circuito oscile.
Os condensadores C2 e C3 asseguram que a realimentação esteja na fase correcta para a oscilação, eliminando a tendência de alguns circuitos, integrados, para ignorarem o cristal e oscilarem livremente a 10 MHz ou mais.
A partir do oscilador, a onda quadrada passa através de R6, C4 e R7. O efeito desta rede é produzir um sinal com impulsos curtos de transição negativa, de 40KHz, que se aplicam a umas das entradas do IC1D.
IC1A, IC1B e os componentes associados constituem um oscilador de baixa frequência. Este oscilador funciona do modo seguinte: Suponhamos que a entrada do IC1A está no nível baixo. Como se trata de um inversor, a saída estará no nível alto e, assim, a saída do IC B estará no nível baixo.
O condensador C1 carrega-se através da resistência R2 e de R3/D1, pelo que a tensão na união das duas resistências R1 e R2 começará a subir. A resistência R1 aplica esta variação de tensão à entrada de IC1A.
Ao fim de um momento, a tensão na entrada de IC1A subirá até ao ponto em que se converterá num 1 lógico, em vez dum 0 lógico e, assim, a saída de IC1A passará para o nível baixo. Isto levará a saída de IC1B ao nível alto (1). Esta variação volta a aplicar-se à entrada de IC1A através do condensador C1 e da resistência R1, forçando o nível de entrada de IC1A a aumentar ainda mais.
Este efeito regenerativo faz com que o circuito comute rapidamente para um estado oposto à condição inicial. A partir dele, o condensador C1 descarrega-se através de R2 (o diodo D1 está polarizado inversamente, bloqueando o caminho através de R3) e a tensão na união das resistências R1 e R2 cai até que alcança o ponto em que a entrada do IC1A se converte num 0 lógico. Então, o circuito comuta para o estado original e repete-se o ciclo.
A saída de IC1B é uma onda rectangular de relação marca/espaço desigual devido à carga de C1 através de R2 e R3 e à descarga mais lenta através da resistência R2.
Os períodos durante os quais a saída está no nível alto são mais longos dos que os de nível baixo. Com os valores indicados para os componentes, estes tempos são de dois segundos e de um segundo, respectivamente.
Nas entradas de IC1D aplicam-se dois sinais. Com qualquer uma das entradas no nível alto, a saída da porta fica ao nível baixo. Portanto, durante os dois segundos em que a saída de IC1B se mantém no nível alto, a saída de IC1D permanece no nível baixo, seja qual for o estado da outra entrada.
Durante o segundo em que a saída de IC1B está no nível baixo, a saída de IC1D é uma forma invertida do sinal de 40KHz da outra entrada. Como esta é um trem de impulsos negativos, a saída é um trem de impulsos positivos de 40KHz.
O resultado final consiste em sucessões de impulsos de 40KHz, com um segundo de duração, repetidos com intervalos de dois segundos.

Excitação da saída
A onda de impulsos de IC1 D excita o transístor de saída TR1 através de R8 e de C5. A resistência R8 limita a corrente de base máxima a um nível que não sobrecarregue IC1D, enquanto que C5 acelera os flancos do impulso para dar uma comutação mais clara e pronunciada de TR1.
A carga do colector de TR1 é um circuito sintonizado que consta do condensador C6 e da bobine L1 em paralelo, cujo conjunto ressoa a 40KHz. O efeito deste circuito, quando é excitado pela saída de impulsos do transístor TR1, é proporcionar uma oscilação de tensão muito aumentada, de 100 V de pico a pico, que se aplica directamente ao transdutor ultrasónico X2.
O funcionamento deste circuito sintonizado é análogo ao de um pêndulo que executa grandes oscilações quando lhe são aplicados impulsos curtos. O importante é que estes devem ser temporizados para que coincidam exactamente com a oscilação do pêndulo. No caso deste circuito, os "empurrões" tomam a forma de impulsos de corrente temporizados com precisão, gerados por TR1 e o"pêndulo", que consiste em L1 e C1, se sintoniza para que coincida com a velocidade dos impulsos.
A capacidade do transdutor ultrasónico X2 influi também no circuito sintonizado e pode variar substancialmente de um para outro componente. Para evitar problemas, C6 deve ser muito superior ao transdutor, para que o seu valor seja dominante e reduza os efeitos de X2 a uma proporção insignificante.
Para dar uma indicação precisa do correcto funcionamento, liga-se um LED (DL1) em série com o transdutor, o qual só se ilumina através da corrente de 40KHz que circula por ele.
Uma avaria em qualquer parte do circuito apagará a luz, ao contrário de um simples LED de entrada em funcionamento, que indicaria meramente o estado da pilha. O brilho do LED dá também algumas indicações do nível da potência de saída. O diodo D4 é preciso para shuntar o LED no sentido inverso.
D2 é um componente muito importante do circuito. Permite que a tensão no extremo inferior de L1 oscile livremente abaixo da linha de alimentação negativa. Sem este diodo, a junção colector/base de TR1 ficaria polarizada directamente e recortaria a oscilação de tensão negativa.
Os dois componentes da fonte de alimentação, C7 e D3, proporcionam uma protecção de desacoplamento e de polaridade, quando se utiliza uma alimentação de c.c. e uma rectificação, e uma filtragem quando se usa com c.a.
Os cabos do transdutor podem ter um comprimento de até 10 metros, sem nenhum problema, permitindo que o circuito se conserve em sítio fechado ou coberto, se bem que isso não seja necessário se a caixa estiver bem fechar e protegida.
A bobine L1 deve ter 45 espiras de fio esmaltado de 0,2mm de diâmetro sobre um núcleo que tenha o mesmo diâmetro do núcleo de ferrite N22. Pode utilizar-se uma bobine simples ou com várias secções, porque há muito espaço disponível para o enrolamento.
Se se utilizar uma bobine com três secções, enrolam-se 15 espiras em cada secção, antes de passar para a seguinte. Uma bobine de secção única pode enrolar-se como se quiser, uma vez que não existe nenhuma vantagem num enrolamento bem ordenado. Em qualquer caso, é importante deixar ambos os extremos do enrolamento no mesmo lado da bobine, de modo que existam 45 espiras completas. Deve pôr-se uma camada de fita de polivinil sobre o enrolamento, para o proteger e para manter as espiras no lugar. Têm de se deixar pontas com o comprimento de 50mm e estanhar 10mm de cada fio.
Se se utilizar fio esmaltado soldável (ou autofundente) é fácil, desde que o ferro se mantenha sobre o fio durante algum tempo para que o esmalte se comece a fundir. Com outros tipos de esmalte será necessário raspá-lo para pôr a descoberto o cobre, antes de o soldar. Isto pode fazer-se dobrando um bocado de lixa em torno do fio.
As duas metades do núcleo deverão colocar-se sobre a bobine, alinhadas e fixadas entre si, e o conjunto é montado na placa de circuito impresso por intermédio de um parafuso de nylon M3 e uma porca de metal que não deverá apertar-se excessivamente.
Não deverá utilizar-se um parafuso de metal que passe através dos núcleos, porque introduziria enormes perdas. Deverá utilizar-se o tipo de núcleo especificado, porque a indutância desta bobine é critica.

Realização prática

Afugentador de animais 002rc



Afugentador de animais 003yim



A disposição dos componentes no circuito impresso está representada na figura 2 e o traçado do circuito impresso na figura 3. Como se pode ver, a montagem é muito simples.
Os únicos componentes que requerem um certo cuidado são o condensador electrolítico, quanto à sua orientação, e o cristal X1, porque os seus terminais são um pouco delicados e o invólucro do cristal é de vidro.
O mais conveniente é deixar os seus terminais sem os cortar e fixar o cristal à placa com uma cola flexível de secagem rápida. Para IC1 deve utilizar-se um suporte porque, no caso de uma avaria, será muito cómodo retirá-lo para comprovar as resistências.
O LED DL1 deve montar-se num furo da caixa que o fixefirmemente, deixando os seus terminais sem os cortar. Nos extremos dos terminais do LED devem ligar-se dois bocados de 180mm de fio flexível, revestindo com mangas de 1,5mm todas as partes não isoladas.
A montagem do transdutor ultrasónico X2 na caixa, efectua-se facilmente por intermédio de uma borracha passa-fios ajustada. Pode utilizar-se verniz, vedante de borracha ou fita adesiva flexível para selar a caixa e fixar o LED, o transdutor e a borracha passa-fio. No entanto, tem de se escolher o vedante com cuidado, porque alguns produtos têm dissolventes que podem produtos têm dissolventes que podem danificar a caixa e "derreter" o LED.
As ligações à fonte de alimentação deverão fazer-se passar por um pequeno furo situado no extremo da parte inferior da caixa, o qual será também vedado e como se descreveu anteriormente.
Se a montagem se tiver realizado correctamente, o LED cintilará e o consumo de corrente do circuito deverá ser da ordem dos 50 mA durante os clarões e praticamente nulo entre eles, dando uma média de 15 mA com uma tensão de alimentação de 9V.
Com 12V, o consumo de corrente será maior e o LED brilhará mais, Como o circuito é muito eficaz, o transístor TR1 deverá manter-se completamente frio. Se o circuito funcionar mal, poderá comprovar-se por etapas. Pode ler-se com um multímetro a saída de IC1B enquanto emite impulsos lentamente a intervalos de três segundos.
A saída de IC1C é uma onda rectangular de 40KHz que dará uma leitura de metade da tensão de alimentação num multímetro comutado para ler tensões contínuas. A saída de IC1D é uma série de impulsos de 40KHz que darão uma leitura de impulsos de metade da tensão de alimentação a intervalos de três segundos. A base do transístor TR1 deve dar uma leitura ligeiramente positiva durante os impulsos e de zero entre eles. O colector de TR1 dará uma leitura de aproximadamente 20V, enquanto que o ânodo do diodo D2 estará à tensão de alimentação.
Uma vez o circuito a funcionar normalmente, a caixa fecha-se hermeticamente utilizando fita isoladora em torno da tampa e por cima dos parafusos. É recomendável colocar a unidade numa estaca de jardim, protegendo-a da chuva por intermédio de um tejadilho de madeira ou de plástico. Se se utilizar um transformador ligado à rede, como fonte de alimentação, é essencial que seja de boa qualidade, com isolamento duplo.
Os adaptadores de encaixe são especialmente adequados, uma vez que são fabricados segundo as mais elevadas normas de segurança. É ideal o adaptador especificado, de 9V contínuos.

Lista de material
Resistências 1/4W ±5%
R1 = 2,2MΩ
R2 = 3,3MΩ
R3 = 1MΩ
R4 = 10MΩ
R5, R7 = 10KΩ
R6, R8 = 470Ω
R9 = 100KΩ

Condensadores
C1 = 1μF 100V
C2 = 22pF 50V cerâmico
C3 = 1nF 50V cerâmico
C4, C5 = 1nF 50V mylar
C6 = 22nF 100V
C7 = 100μF 16 V

Semicondutores
IC1 = 4001B
TR1 = ZTX451
D1 = 1N4148
D2 = BY407A
D3 = 1N4001
D4 = 1N4148
DL1 = LED vermelho

Diversos
X1 = Cristal subminiatura, 40KHz
X2 = Emissor ultrasónico cerâmico, 40KHz
L1 = 45 espiras de fio esmaltado, de 0.2mm de diâmetro, sobre um núcleo de ferrite
1 suporte DIL para IC de 14 terminais


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