CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA
CELSO SUCKOW DA FONSECA – RJ
DIRETORIA DE ENSINO
DEPARTAMENTO DE ENSINO MÉDIO
COORDENAÇÃO DE FÍSICA
COORDENAÇÃO DE ELETRÔNICA
1998

CRONÔMETRO PARA LABORATÓRIO DE FÍSICA
VERSÃO II

Instruções para montagem do equipamento.

Obs. Embora as instruções sejam suficientemente detalhadas, presumimos que a montagem seja acompanhada por um técnico em eletrônica.

1 – Objetivos;
- Objetivo geral: Montagem de cronômetro automático com sensores de passagem de objetos opacos.
- Montagem de sensores por obstrução de luz Infra-Vermelha (Foto-Transistor e Diodo Emissor de Luz).
- Adaptação de Relógio Digital comercial para fins de uso em Laboratório de Física.

2 – Teoria do funcionamento;
Relógios Digitais que podem ser obtidos no comércio a baixo custo, possuem em alguns modelos a possibilidade de cronometrar tempos de até centésimos de segundo.
Quando pressionada determinada combinação de teclas do painel do relógio, ele entra no modo cronômetro, indo em alguns modelos, até 0,01 s de resolução.
Tais relógios operam com tensão elétrica de apenas 1,5V fornecido por uma pilha comum.
Na presente adaptação, a tensão de alimentação foi obtida a partir de “CONVERSOR DE 12V”, também conhecido como “ELIMINADOR DE PILHAS”. A redução da tensão de trabalho para 1,5V foi obtida pela queda de tensão em um resistor de 1 k ohm com um LED vermelho atuando como “regulador“ de tensão, conforme mostrado no esquema elétrico do detetor.
Como o comando Start / Stop   (Partida / Parada) do cronômetro é feito por apenas um botão do painel do relógio, é nele que é aplicado o pulso gerado pelo circuito detetor, vindo de qualquer um dos sensores. O que significa dizer que não importa qual dos sensores é usado como Start ou como Stop do cronômetro, pois os dois enviam seus pulsos para o mesmo ponto do circuito do relógio.
O Circuito Integrado 40106 que recebe o sinal dos Foto-Transistores e envia para o relógio, tem a função Disparador Schmmit para tornar mais abrupta a sensibilidade ao corte da luz emitida pelos LEDS, definindo com maior precisão o ponto de obstrução.
O Circuito Integrado 40106 está funcionando no circuito com uma tensão de alimentação de 12V obtida do “Eliminador de Pilhas”, e por isso também é necessário reduzir a tensão de seus pulsos de saída antes de serem aplicados aos contatos do botão de comando do relógio.
Isso é feito com os LEDS Vermelho e Verde, cada um em conjunto com um resistor de 1 k ohm, servindo também como indicadores de alinhamento dos sensores e emissores.
Os LEDS e os Foto-Transistores de um modo geral têm um ângulo de emissão e de captação de 60 o,  obtidos por suas lentes de acrílico, o que dá uma alta direcionalidade ao feixe de luz.
Por isso os LEDS Vermelho e Verde servem para orientar o alinhamento dos sensores e emissores durante a montagem da experiência.

O “ELIMINADOR DE PILHAS” pode ser adquirido facilmente no comércio, tanto de componentes eletrônicos como de eletrodomésticos.
O modelo adquirido deve ser de 12V de tensão de saída (existem modelos com chave seletora para várias tensões) e 110V ou 220V de entrada conforme a rede elétrica da região (pode ser na faixa de 110V a 127V ou na faixa de 220V a 240V sendo que também existem modelos com chave seletora de tensão de entrada).
A capacidade de fornecer corrente dos “Eliminadores de Pilhas” encontrados no comércio geralmente é de  500 mA ou 1000 mA (1A), porém como o consumo do aparelho é extremamente baixo, podem ser usados “Eliminadores” de 100 mA em diante (caso encontre para adquirir ou já disponha de algum).
Deve ser dada especial atenção à polaridade do “plug” do “Eliminador”, para não danificar o Circuito Integrado e o relógio.
Os “Eliminadores de Pilhas” são fabricados tanto com o terminal negativo no centro como com o positivo no centro do “plug”.
CUIDADO PARA LIGAR COM A POLARIDADE CORRETA.

3 – Material e ferramentas utilizadas;
- Relógio Digital, imitação de “TELETRIM”, com cronômetro de centésimos de segundo.
- “Eliminador de pilhas” – Saída 12V   100 mA mínimo – Entrada 110 ou 220V, conforme a rede elétrica local.
- Tomada de alimentação de acordo  com o “Eliminador de Pilhas” – veja diagramas.
- Placa de circuito impresso padrão para circuito integrado 5 x 5 cm.
- Fio flexível paralelo no 22 “polarizado” (vermelho e preto) 6m.
- 5 Resistores de 1 k ohm  1/8 Watt.
- 2 Resistores de 3M3 ohm  1/8 Watt.
- Circuito Integrado tipo CMOS  40106.
- 2 LEDS ( 5 mm ) e Foto-Transistores Infra-Vermelho.
- 2 LEDS Vermelho ( 5 mm ).
- 1 LED Verde ( 5 mm ).
- 2 Diodos  1 N 4148  ou  1 N 914.
- 4 Tubos de Alumínio com 5 cm de comprimento ( restos de antenas velhas de TV  ).
- Caixa plástica para proteger o circuito eletrônico 6 X 8 X 3 cm aproximadamente.
- Pistola de Cola de silicone.
- Brocas e Furadeira.
- Alicates de Bico e de Corte, Chaves de Fenda.
- Serra para metal.
- Ferro de soldar e Solda (Estanho/Chumbo  60/40 %).
- Sugador de Solda.

4 – Preparação do material;
- Fazer a furação da caixa.
- Cortar dois pedaços de 1,5 m e dois de 1 m de fio polarizado. Decapar e estanhar as pontas com cerca de 5 mm.
- Soldar os fios dos contatos do relógio ( botão Start/Stop, +1,5V e Negativo da pilha ).
- Fixar os LEDS na tampa da caixa.
- Fixar a tomada de 12V na caixa.
- Colar o relógio na tampa da caixa plástica.
 
 

5 – Montagem;
- Montar o circuito na placa de circuito impresso.
 Obs.: Não demore na soldagem para não aquecer demais e estragar o Circuito Integrado.
- Soldar os fios da placa de circuito impresso ( LEDS vermelhos, verde, infra-vermelhos, foto-transistores e tomada de +12V da caixa).
- Soldar os LEDS e os Foto-Transistores nos seus fios e montar dentro dos tubos de alumínio.
 Obs.: Os LEDS e Foto-Transistores também são muito sensíveis ao calor excessivo.

6 – Diagramas;

Principais componentes usados na montagem:

 

Detalhes da montagem do painel e da tomada de energia.

Aparência externa depois de montado.

 
 

ARIDIO SCHIAPPACASSA 1998