Sensor de Piso

Este sensor tem muitas utilidades no dia-a-dia, como interruptor no caso dos botões dos ecrãs dos computadores. Assim sempre que este sensor estiver preparado para funcionar e for calcado irá ser accionado.
Este sensor quando for calcado não emitará um sinal sonoro mas sim um sinal luminoso.

Princípio de funcinamento:

Este sensor irá funcionar com uma bateria, um interruptor (que quando calcado fechará o circuito), um condensador, e um led associado a uma resistência.

Circuito:

Circuito Fechado

Quando o interruptor é calcado o circuito fecha e a corrente divide-se nos dois ramos do circuito, um onde se encontra o led associado á resistência e no outro o condensador.

Como a tensão entre os terminais dos ramos é igual a E-Ir=U, onde E é a força electromotriz do gerador e “r” a sua resistência interna podemos assim calcular a intensidade em cada ramo enquanto o circuito está fechado:

Para o primeiro ramo:

U=Ir

Para o segundo ramo:

I2=I-I1

Nestas condições o led acende com intensidade I1, e o condensador é carregado pela intensidade I2 e tensão U. A carga do condensador durante a carga é dado por

Q(t)=CE(1-e^((-t)/Rc) )



Onde T=RC, e T é a constante de tempo que é dado pelo produto da resistência pela capacidade do condensador.



Circuito Aberto:

Em circuito aberto, o condensador descarrega e o led mantem-se acesso. A carga do condensador pode ser dado pela função logaritmica

Q(t)=Qe^((-t)/RC)



A corrente fornecida pelo condensador vai diminuindo de intensidade até que esta seja praticamente nula, quando isso sucede o led apaga-se e o condensador está descarregado.

Um aspecto importante que se tem de ter em conta na montagem do circuito é em utilizar uma resistência com mais de 2 KOHMS, pois assim a contaste de tempo é maior e o condensador demora mais tempo a descarregar aumentando assim o intervalo de tempo em que o LED está acesso.


Aplicações:


Este sensor tem inúmeras aplicações. Pode funcionar como parte integrante de um alarme, pois podemos colocá-lo no interior de todas as portas e janelas de uma casa para que quando for activado e ninguém estiver em casa, poder detectar intrusões. Pode também abrir a garagem quando um carro o pressiona, e fechá-la quando o carro estiver de ntro da garagem. Bastam dois sensores, um interior e outro exterior para abrir e fechar a garagem. Para aumentar a segurança este sensor só abriria quando accionado por um comando.


Thiago

Controlador de rega alternativo

O sensor de luz só permitirá a passagem da corrente para o circuito do sensor de rega quando a intensidade luminosa for reduzida. Por sua vez o sensor de temperatura só fornecerá corrente ao sensor de rega quando a temperatura for baixa.

Concluindo o sensor de rega só trabalhará quando a intensidade proveniente do de luz e do de temperatura for suficiente para colocá-lo em funcionamento.

Thiago e João P.

Controlador de rega

Princípio de funcionamento:

Quando o circuito está aberto o motor que é utilizado para a rega entra em funcionamento, debitando uma dada constante de água para um recipiente. No ramo onde se encontra o motor está integrado um relé que deixa passar a corrente não oferecendo nenhuma dificuldade à sua passagem. O recipiente funcionará como um interruptor em que fecha o ramo onde se encontra quando a água debitada chega á altura h. Logo, quando isto sucede, irá passar corrente pela bobina do relé, fechando o ramo do motor. Com o motor desligado deixa de se efectuar rega.

Este circuito utiliza o recipiente como um interruptor automático que podia ser substituído por um temporizador, o efeito seria o mesmo.

Como o sensor de rega desenvolvido apresenta o problema de ser necessário ligar o interruptor para que este comece a rega, tentamos unificar o sensor de luz e temperatura para que estes funcionem como interruptores automáticos para ligar o sensor de rega.

Thiago e João P.

Chaves ópticas

Princípio de funcionamento

           

            As chaves ópticas são um mecanismo de segurança, diferente dos convencionais mas ainda assim muito semelhante ao funcionamento de uma chave e a sua fechadura. Nas chaves ópticas, a “chave” é um cartão com uma certa combinação ranhuras, que quando introduzida na “fechadura/fenda” permite abrir uma porta, um armário, dependendo daquilo que se quer proteger.

            A “fechadura das chaves ópticas é constituída por um, ou mais, emissores e receptores infravermelho (quantos mais maior segurança a chave proporciona). O elemento chave das chaves ópticas é o relé. Mediante uma determinada combinação de feixes cortados e feixes não cortados os relés, dos vários emissores/receptores, fecham o circuito de forma a poder abrir uma porta, um portão, etc. Na figura ao lado podemos ver um circuito possível de uma chave óptica (emissor receptor infravermelho).

  Texto explicativo do Prof. Luiz Ferraz Netto.

  

 “Nos esquemas, todos os resistores têm dissipação de 1/4 W e os capacitores são para tensão de trabalho de 16V.

           A seção transmissora deste Tx/Rx infravermelho é notadamente simples mas funciona bem. Os pulsos provenientes do LED infra-vermelho têm freqüência de 160 Hz e seu alcance, com nosso receptor, está entre 4 e 10 m dependendo do transformador de áudio usado e do ajuste do potenciômetro de 100k. Com outros tipos de receptores pode alcançar até cerca de 20 m, sem qualquer lente focalizadora, mas com um alinhamento perfeito entre Tx e Rx.
           A seção receptora usa um foto-transistor para infra-vermelho (BP103B3 ou equivalente) e um emissor infra-vermelho adicional (LD271); este é colocado perto do foto-transístor para proporcionar uma luz de polarização, melhorando assim a sua sensibilidade. O transístor de 'base aberta', como o BP103B3, por exemplo, fica assim mesmo, ele é um foto-transistor, só tem dois terminais, a base dele é óptica.            O potenciômetro de 100k  também afetará a sensibilidade, ao ajustar o devido ponto de operação para o transístor.
A fonte de alimentação de 12 V deve ser bem regulada para evitar auto-oscilações. O transformador de áudio é um pequeno transformador de saída recuperado de um antigo rádio transistorizado; sua função é acoplar o foto-transistor ao BC237; é um 'casador' de impedâncias.
O relé colocado na saída do receptor poderá comandar 'cargas' compatíveis com seus contatos. A finalidade do projeto todo é "comando à distância por pulsos de luz" --- nada tem a ver com "áudio".”

Semicondutores

       A formação de um sólido pode considerar-se como resultante de um processo de aproximação dos átomos isolados até à distância interatómica que se observa no sólido final. Num átomo, os estados permitidos para os electrões (orbitais) correspondem a níveis de energia bem definidos (a diferença de energia destes níveis varia de alguns eV, para os níveis mais externos, até alguns keV, para os níveis mais internos). As orbitais atómicas, nos sólidos, desdobram-se em diferentes níveis de energia, muito próximos, designados por bandas de energia. A banda ocupada por electrões da última camada dos átomos – os electrões de valência – designa-se por banda de valência. A banda permitida imediatamente acima é chamada banda de condução. Um condutor é um sólido cuja banda de valência está apenas parcialmente completa ou cuja banda de condução coincide parcialmente com a banda de valência.Quando a largura de banda proibida é pequena, o sólido é um semicondutor.

       Semicondutores usados em electrónica são materiais cristalinos (silício, germânio, gálio) a que são acrescentadas impurezas doadoras ou aceitadoras, após a colocação de impurezas o material semicondutor é classificado como semicondutor tipo N ou tipo P (se o semicondutor contém impurezas que lhe dão electrões excedentes (átomos de elementos do grupo 15, como o fósforo ou o arsénio), portadores negativos, diz-se do tipo n; se tem impurezas que lhe dão lacunas (átomos de elementos do grupo 13, como o gálio ou o índio), portadores positivos, diz-se do tipo p.

          O movimento de um electrão, no interior de um sólido, por acção de um campo eléctrico, pode ser descrito como a ausência de electrões (lacunas) movendo-se em sentido oposto. Pode então falar-se em portadores de carga negativa (electrões) e portadores de carga positiva (lacunas). Se se fornecer energia a um electrão da banda de valência, suficiente para provocar a sua transição para uma banda de energia superior, deixando uma lacuna na banda de valência, este efeito é visto como a criação de um par electrão-lacuna. A criação de pares electrão-lacuna só tem interesse se a vida média destes portadores de carga for suficiente para que o seu efeito seja sentido nas propriedades eléctricas do material. É o que ocorre nos semicondutores.

-Texto policopiado Prof. Maria João Carvalhal

João Primavera

Led-díodo emissor de luz

  Um led é constituído por uma junção PN de material semicondutor por dois terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K). A cor da luz emitida pelo led depende do material semicondutor que o constitui.  O led por ser um díodo só emite luz quando a corrente circula no sentido correcto, normalmente o sentido correcto é quando o ânodo está ligado ao pólo positivo e o Catodo ligado ao pólo negativo. Os LEDs não suportam  tensão reversa (Vr) de valor significativo, podendo-se danificá-los com apenas 5V de tensão nesse sentido   
  
Princípio de funcionamento 

Ao ser aplicada uma tensão que polariza directamente o led ocorre que muitos electrões não têm a energia suficiente para passarem da banda de valência à banda de condução, ficando na zona interdita ou proibida. Como não podem permanecer nessa zona voltam à banda de valência tendo para esse efeito de perder energia, o que fazem emitindo luz (fotões).  

Cálculo da resistência a ser ligada em série com o Led.
R=(V^CC- V^F)/I
(V^CC) - Corrente aplicada no circuito
(V^F) - Corrente a ser aplicad no Led
I- Intensidade de corrente

Ex: Calcule o valor da resistência limitadora (R1) sabendo-se que a tensão que vai ser aplicada ao circuito (V^CC) é de 9Volt, e pretende-se que a tensão directa aplicada ao Led seja de 2 Volt para uma corrente directa de 10 mA.

R=(9-2)/10x10^-3
R=700W


Ass: João Primavera

Sensor de Temperatura

Funcionamento

O sensor de temperatura, funciona  á base de resistências, o componente principal deste sensor é o termístor, que é uma resistência variável com a temperatura. O termístor conforme aquece vai aumentar os níveis de energia dos electrões do material, permitindo uma melhor passagem da corrente, ou seja, conforme é aquecido o termístor vai diminuindo o valor da sua resistência. Também aqui os transístores funcionam como interruptores da corrente eléctrica, só quando o termístor deixar passar corrente para a base do transístor é que a luz, neste caso se acende, isto porque se não houver corrente de base no transístor não existe passagem de corrente eléctrica, só sendo possível a luz acender quando o termístor deixar passar luz.

Entao quando a temperatura aumenta a resistência do termístor diminui, deixando passar a corrente permitindo que acenda o LED, para o valor adequado de resistência, este valor pode ser regulado pelo potenciómetro.


João Primavera

Sensor de Luz

Funcionamento

O sensor de luz é um dispositivo que funciona á basse de resistências.Resistência é a dificuldade que um material condutor apresenta á passagem de corrente elétrica, a resistência de um material varia com a luz, temperatura, o material de que o condutor é feito, a área de secção, etc…

            O sensor de luz, funciona através de um LDR (light dependent resístor), ou seja uma resistencia variável com a luz.

Quando não há luz a resistência do LDR é grande, não permitindo a passagem de corrente nesse troço do circuito. Assim a corrente irá chegar á base do T1 e será enviada pelo emissor do mesmo, sendo a corrente do emissor para a base do T2 capaz de superar a resistência e permitir que a corrente complete o seu cricuito, acendendo o LED.


João Primavera

Transístores

 Os transístores podem ser utilizados como amplificador de um sinal eléctrico, uma vez que a corrente que passa do colector para o emissor é proporcional á que se introduz pela base, produzindo um efeito amplificador, á razão da intensidade da corrente no colector pela intensidade da corrente na base dá-se a designação de amplificação do transístor; ou como interruptor automático (essencial, portanto, em processos de controlo). Os transístores vulgares têm três ligações designadas por emissor, base e colector. Um pequeno sinal na base tem um grande efeito no colector.

Para um transístor npn:

    Num transístor npn a corrente entra pela base e pelo colector e sai pelo emissor. A intensidade da corrente no emissor é igual á soma das intensidades da corrente na base e no colector.

-A intensidade da corrente do colector é aproximadamente igual á intensidade da corrente do emissor.

-Só há intensidade da corrente se houver corrente de base.

-A intensidade da corrente na base é muito inferior á intensidade da corrente do colector.

Um foto-transístor nada mais é do que um transístor bipolar comum com as suas junções semicondutoras PNP ou NPN, porém com uma janela ou abertura no invólucro, de modo a facilitar a entrada de luz sobre a pastilha de silício. O foto-transístor polariza-se da mesma forma que um transístor bipolar convencional, embora agora a corrente de colector não seja controlado pela corrente de base, mas sim, pela intensidade de luz incidente na junção base – colector, polarizada inversamente.
            A luz vai agir sobre as junções internas do transístor, exactamente como se fosse uma corrente de base, incrementado a condução entre o colector e o emissor na razão directa da intensidade da luz. Isso quer dizer que, no seu percurso colector/emissor, um foto-transístor mantido na escuridão é como um transístor bipolar comum não polarizado. Por outro lado, com o foto-transístor sob luz forte ele age como um transístor comum com a base fortemente polarizada. Para além do processo de geração de portadores de carga eléctrica através da incidência de luz, no foto-transístor aproveitam-se as propriedades de amplificação de um transístor (assim, os foto-transístores apresentam uma grande sensibilidade em comparação com os fotodíodos).

Ass: João Primavera

Relé

Os relés são componentes electromecânicos capazes de controlar circuitos externos de grandes correntes a partir de pequenas correntes ou tensões, ou seja, ao accionar um relé com uma pilha, podemos controlar um motor que esteja ligado em 110 ou 220 volts, por exemplo.

O funcionamento dos relés é simples: quando uma corrente circula pela bobina, esta cria um campo magnético que atrai um ou uma série de contactos fechando ou abrindo circuitos. Ao cessar a corrente da bobina o campo magnético também cessa, fazendo com que os contactos voltem para a posição original.

          No exemplo da imagem, a bobina ao receber uma tensão nos seus terminais, cria um campo magnético que através do seu núcleo atrai o induzido, fechando os contactos entre os pontos A e B.

As partes que compõem um relé eletromecânico são:

•bobina - constituído por fio de cobre em torno de um núcleo de ferro macio que fornece um caminho de baixa relutância para o fluxo magnético;
•Armadura de ferro móvel;
•Conjuntos de contatos;
•Mola de rearme;
•Terminais - estes podem variar dependendo da aplicação: *Terminais tipo Faston; *Terminais para conexão em Bases (Sockets); *Terminais para conexão em PCI´s (Placas de Circuito Impresso)

         A grande vantagem do uso dos relés é que permite controlar circuitos de grande consumo, que exigem uma grande potência, através de sinais fracos, porque enquanto os platinados do relé podem suportar grandes correntes, o circuito de comando exige um sinal muito fraco.


Thiago

Condensadores

Um condensador é um componente que armazena energia num campo elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica. Os formatos típicos consistem em dois eléctrodos ou placas que armazenam cargas opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um isolante ou por um dielétrico. A carga é armazenada na superfície das placas, no limite com o dielétrico. Devido ao facto de cada placa armazenar cargas iguais, porém opostas, a carga total no dispositivo é sempre zero.

A propriedade que estes dispositivos têm de armazenar energia elétrica sob a forma de um campo electrostático é chamada de capacidade do condutor (C) e é medida pelo quociente da quantidade de carga (Q) armazenada pela diferença de potencial (V) que existe entre as placas:

A capacidade de um Condensador:
-Tem valor positivo para um dado consensador.
-Tem a capacidade de armazenar carga e, portanto, Ep eléctrica.
-Depende da sua geometria.
-Depende do meio isolador, que pode ser ar, papel, mica, plástico, vidro, material cerâmico...

Um condensador mais simples é o condensador plano, que é constituído por duas placas metálicas muito próximas. A capacidade de um condensador plano depende da área (A) das placas e da distância (d) entre elas: quanto maior for a área das placas e menor a distância entre elas, maior será a capacidade. A expressão que traduz esta relação é:

Num Condensador Plano:

-O dieléctrico entre as placas permite aumentar a capacidade do condensador.

-A carga que o condensador pode armazenar, para a mesma diferença de potencial, será tanto maior, quanto maior for a capacidade.

-A carga que o condensador pode armazenar, para a mesma diferença de potencial, será tanto maior, quanto maior for a área das placas e menor a distância entre elas.


Ass: Thiago

LDR - Light Dependent Resistor

O LDR é um componente electrónico cuja resistência eléctrica diminui quando sobre ele incide energia luminosa. Isto possibilita a utilização deste componente para desenvolver um sensor que é activado (ou desactivado) quando sobre ele incidir energia luminosa. Um LDR é um transdutor de entrada (sensor) que converte a luz em valores de resistência.

A resistência de um LDR varia de forma inversamente proporcional à quantidade de luz incidente sobre ele, isto é, enquanto o feixe de luz estiver a incidir, a sua resistência diminui, quando a luz é pouca ou nula, a resistência no LDR aumenta.

  Características do LDR

    Também chamado de célula foto condutiva, ou foto resistência, o LDR é um dispositivo semicondutor de dois terminais, cuja resistência varia linearmente com a intensidade de luz incidente, obedecendo à equação R = C.L.A, onde L é a luminosidade em Lux, C e A são constantes dependentes do processo de fabricação e material utilizado.

    

     Como foi dito anteriormente o LDR tem sua resistência diminuída ao ser iluminado. A energia luminosa desloca electrões da camada de valência para a de condução (mais longe do núcleo), aumentando o número destes, diminuindo assim a resistência.  

       
        Conforme aumenta a intensidade de luz incidente no LDR, um número maior de electrões na estrutura passa para níveis de energia superiores, devido à aquisição da energia entregue pelos fotões. O resultado é o aumento de electrões livres e electrões fracamente presos ao núcleo.


Ass: João Primavera

Resistência

Os metais são bons condutores de.corrente eléctrica, mas alguns são melhores condutores que outros. Sabemos que a prata é melhor condutora que o cobre e, o chumbo é pior condutor que eles. Nos metais temos vários electrões livres. O movimento ordenado destes electrões forma a corrente eléctrica. Na prata os electrões livres têm maior facilidade para se movimentarem do que no cobre e no chumbo.
A dificuldade que um condutor apresenta à passagem da corrente eléctrica é expressa por uma grandeza física chamada resistência eléctrica.
Se aplicarmos uma diferença de potencial nas extremidades de fios constituídos destes metais, observaríamos uma corrente eléctrica maior na prata, seguida do cobre e, por último do chumbo que ofereceria maior dificuldade a passagem dos portadores de carga eléctrica.

Quando uma corrente eléctrica é estabelecida num condutor metálico, um número muito elevado de electrões livres passa a deslocar-se nesse condutor. Nesse movimento, os electrões colidem entre si e também contra os átomos que constituem o metal. Portanto, os electrões encontram uma certa dificuldade para se deslocar, isto é, existe uma resistência à passagem da corrente no condutor para medir essa resistência, os cientistas definiram uma grandeza que denominaram resistividade eléctrica.

Se R for uma constante, ou seja, se a diferença de potencial e a intensidade de corrente variarem de forma equitativa, estamos perante um condutor óhmico.

Lei de Ohm: A resistência eléctrica de um condutor metálico, homogéneo e filiforme ( fino como um fio), mantém-se constante, se a temperatura se mantiver constante.

Factores que influenciam a resistência de um material:
 A resistência de um condutor é tanto maior quanto maior for seu comprimento.
 A resistência de um condutor é tanto maior quanto menor for a área de sua secção transversal, isto é, quanto mais fino for o condutor.
 A resistência de um condutor depende do material de que ele é feito.
 A resistência de um condutor depende da temperatura na qual ele se encontra.

Para além de podermos calcular a resistência de um material a partir da fórmula R=U/I, podemos calcular a resistividade a partir do esquema de cores da resistência.

Ex.

1ªbanda-4 (1ºalgarismo)
2ªbanda- 7(2ºalgarismo)
Multiplicador-100Ω
Tolerância- 5%
R=47×100=4700Ω com 5 % de tolerância



Ass: João Primavera

Diodo

O diodo é o dispositivo semicondutor mais simples possível. Um diodo permite que a corrente flua numa direcção, mas não na outra.  Um díodo só  deixa passar os electrões num único sentido.
Quando se coloca juntos o silício tipo N e tipo P (imagem) obtém-se um fenómeno bem interessante, que dá ao díodo as suas propriedades únicas.

O silício tipo N e o silício tipo P sozinhos são condutores e a combinação mostrada na imagem não conduz electricidade. Os electrões negativos no silício tipo N são atraídos para o terminal positivo da bateria. As lacunas positivas no silício tipo P são atraídas para o terminal negativo da bateria. Nenhuma corrente flui pela junção, pois as lacunas e os electrões estão a mover-se na direcção errada.
Se se inverter a bateria, o diodo conduz a electricidade muito bem. Os electrões livres no silício tipo N são repelidos pelo terminal negativo da bateria. As lacunas no silício tipo P são repelidas pelo terminal positivo. Na junção entre o silício tipo N e o silício tipo P as lacunas e os electrões encontran-se. Os electrões preenchem as lacunas. Ambos deixam de existir e novas lacunas e electrões surgem em seu lugar. O efeito é que a corrente flui pela junção.
Basicamente um diodo e um dispositivo que bloqueia a corrente numa direção, enquanto que a deixa fluir noutra.

Ass: Pedro Dinis