Este circuito liga uma saída quando a luz do ambiente cai abaixo do nível que você ajustar — é o interruptor crepuscular, o princípio do poste que acende sozinho ao anoitecer. Serve para a luz da garagem, para avisar que uma lâmpada de painel queimou ou para entregar um sinal digital limpo a um Arduino. Nível: iniciante — dezoito peças, um ajuste, nada crítico.

A topologia não é invenção nossa: é o comparador inversor com histerese da figura 7 da nota AN-74 (SNOA654A) da Texas Instruments, que fabrica o LM393; os limiares e as condições de uso vêm de lá e do datasheet SLCS005AH (abril de 2025), e a terminação do canal livre, da nota SNOAA35F da mesma TI. Tudo conferido no ngspice com o modelo SPICE que a própria TI publica (SLCJ016).

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O que você vai precisar

Ref. Componente Valor Especificação Qtd.
U1 Comparador duplo LM393 DIP-8 (LM393N, LM393P ou LM2903) 1
LDR1 Fotorresistor de CdS GL5528 5 mm, 10–20 kΩ a 10 lux, γ = 0,6 1
RV1 Trimpot multivoltas 5 kΩ vertical, tipo 3296W (502) 1
R1, R2, R4 Resistor de filme 10 kΩ 1/4 W, 5% 3
R3 Resistor de filme 100 kΩ 1/4 W, 5% 1
R5 Resistor de filme 4,7 kΩ 1/4 W, 5% 1
R6 Resistor de filme 15 kΩ 1/4 W, 5% 1
R7 Resistor de filme 3,3 kΩ 1/4 W, 5% 1
R8, R9 Resistor de filme 10 kΩ 1/4 W, 5% — terminação do canal livre 2
C1 Capacitor cerâmico 100 nF 50 V 1
C2 Capacitor de poliéster 1 µF 63 V, não polarizado 1
D1 LED vermelho difuso 5 mm tipo Kingbright WP7113ID 1
J1, J2, J3 Borne de parafuso 2 vias passo 5,08 mm 3
— Fonte contínua 12 V qualquer fonte de parede de 100 mA 1

Dá uns quinze reais no balcão — o LM393 custa menos que o café.

Como funciona

1. O divisor que mede a luz. O LDR muda de valor com a luz: no escuro passa de 1 MΩ, sob 10 lux fica entre 10 e 20 kΩ. Ele vai entre o nó A e o terra, com R5 + RV1 vindo do positivo — quanto mais escuro, mais alta a tensão no nó A. A lei do componente está no manual da série GL55, com γ = 0,6 para o GL5528:

RLDR(E) = R10 × (E / 10 lux)−γ

2. O resistor que quase ninguém põe (R6). A tabela de condições recomendadas do SLCS005AH é clara: a entrada do LM393 só funciona de 0 V até VCC − 2 V — com 12 V, até 10 V. Um LDR sozinho levaria o nó A a quase 12 V no escuro total, fora da faixa. O R6 de 15 kΩ em paralelo trava o nó A em 9,0 V no pior caso (simulado, escuro total, trimpot no mínimo) e ainda define a faixa de ajuste.

3. O limiar e a histerese. R1 e R2 fazem a referência em VCC/2 e R3 realimenta a saída para a entrada +: quando a saída comuta, o limiar muda de lugar. São as equações da figura 7 da AN-74, que conferimos antes no exemplo numérico da própria nota:

VA1 = VCC × R2 / (R2 + R1∥R3) = 12 × 10k / (10k + 9,09k) = 6,29 V
VA2 = VCC × (R2∥R3) / (R1 + R2∥R3) = 12 × 9,09k / (10k + 9,09k) = 5,71 V
ΔV = VA1 − VA2 = 0,57 V

Na simulação deram 6,26 V e 5,73 V — 0,4% de diferença para a fórmula. Esses 0,53 V de folga são o que impede o circuito de piscar no momento do anoitecer.

4. A saída em coletor aberto. O LM393 não “empurra” tensão: só puxa para o terra. R4 segura a saída em 12 V com o transistor interno cortado; o LED acende quando ele conduz. O datasheet garante 6 mA de dreno e caracteriza a queda da saída em 4 mA — por isso o R7 deixa LED + pull-up em 4,2 mA, bem nesse ponto.

5. O comparador que sobra. São dois no mesmo chip e você usa um. A figura 9-1 da SNOAA35F diz como terminar o outro: nunca ligar entrada direto no terra ou no positivo, sempre com resistor (R8 e R9), e deixar a saída do canal livre desconectada. É o detalhe que os módulos prontos ignoram.

Esquema elétrico do sensor de luz com LDR e comparador LM393, com trimpot de ajuste, resistor de histerese e LED indicador
Esquema redesenhado conforme a figura 7 da nota AN-74 (SNOA654A) da Texas Instruments, com a terminação do canal livre da figura 9-1 da SNOAA35F. Desenho nosso; nenhuma figura dos documentos foi copiada.
Close de um fotorresistor de sulfeto de cádmio, com a trilha em zigue-zague sobre a pastilha cerâmica
O LDR por dentro: a trilha em zigue-zague é o sulfeto de cádmio exposto à luz. Foto: Nevit Dilmen, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

O que a simulação mostrou

Com o trimpot no meio do curso, o circuito acende a 8,5 lux e só apaga quando a luz volta a 15,2 lux. Girando o trimpot, o disparo vai de 30 lux (entardecer cedo) a 2,3 lux (noite fechada). O motivo de existir o R3 está na segunda parte do gráfico: simulamos um anoitecer com a luz de uma lâmpada tremendo a 120 Hz, como acontece perto de um poste. Sem o filtro C2 e sem a histerese, a saída comutou 91 vezes; só com o filtro, 31; com os dois, uma única vez. É a diferença entre um relé que clica a noite toda e um relé que clica uma vez por dia.

Gráficos da simulação: curva de histerese em lux e comparação do número de comutações da saída com e sem histerese
Simulação no ngspice com o modelo SPICE da própria TI. Em cima, o limiar saltando de 6,26 V para 5,73 V na comutação; embaixo, o preço de não usar histerese.

A placa de circuito impresso

Para quem quer sair da protoboard: a placa foi desenhada no KiCad a partir deste esquema, com os encapsulamentos reais da lista, em face única (70 × 58 mm), trilhas de 0,8 mm e folga de 0,4 mm — medidas que aguentam transferência térmica em casa. As ligações foram conferidas pino a pino contra o datasheet e o roteamento fechou com 95 trilhas, nenhuma via e nenhuma ligação pendente, com um jumper de fio (JP1 na serigrafia) ligando a saída do CI ao R4.

Placa de circuito impresso do sensor de luz com LM393, vista de cima, com a serigrafia dos componentes e as trilhas da face de baixo
Vista de cima: a serigrafia de cada componente e, em azul, as trilhas da face de baixo. A linha de JP1 é o jumper de fio.
Lado do cobre da placa do sensor de luz com LM393
O lado do cobre, como você vê a placa virada. Para transferir, use o PDF 1:1 abaixo.

Arquivos da placa:

Montagem

  1. Os deitados primeiro: os nove resistores. Confira cada valor no multímetro — 10 kΩ e 100 kΩ trocados mudam todo o limiar.
  2. O soquete do CI vale os centavos: chanfro do soquete e do CI para o mesmo lado; com o chanfro para cima, o pino 1 é o de cima à esquerda.
  3. C1 e C2 não têm polaridade. O C1 vai com as pernas curtas, o mais perto possível dos pinos 8 e 4 — é o que o datasheet pede.
  4. O LED D1: perna curta e chanfro do corpo são o catodo e vão para o lado da saída do CI (na placa, o chanfro da serigrafia).
  5. Trimpot e bornes por último. O LDR vai no borne J2, com dois fios, para ficar na janela com a placa na caixa — e virado para fora, nunca enxergando o próprio LED, senão oscila.
  6. Antes de ligar: continuidade entre os pinos 8 e 4 do soquete. Se apitar, há curto — e com o CI fora não há vítima.

Tensões esperadas

Com 12 V na entrada, trimpot no meio do curso e ponta preta no terra:

Ponto de medida De dia (≈500 lux) De noite (≈1 lux)
Pino 8 (alimentação) 12,0 V 12,0 V
Pino 2 (nó A, o LDR) 1,85 V 7,50 V
Pino 3 (referência) 6,26 V 5,73 V
Pino 1 (saída) 11,48 V 0,26 V
Corrente no LED 0 (apagado) 3,0 mA
Consumo total da placa 3,1 mA 6,5 mA

Valores medidos em simulação; na bancada aceite ±10%. A corrente de repouso do CI sozinho é 0,45 mA típicos no datasheet e 0,55 mA no modelo SPICE — aqui vale o datasheet.

Onde costuma dar errado

  1. LED ao contrário. Não queima nada, só não acende: perna curta é o catodo e vai para o pino 1 do CI.
  2. A saída fica piscando no anoitecer. Falta o R3, ou ele está alto demais: com 100 kΩ a histerese é de 0,53 V; com 1 MΩ cai para 60 mV e a trepidação volta.
  3. LED sempre fraco e saída que não chega ao terra. R7 baixo demais: o dreno passou dos 6 mA garantidos.
  4. Ruído da fonte derrubando o limiar. Sem o C1 junto do CI, qualquer fonte chaveada barata mete lixo na alimentação — e o limiar, que é VCC/2, balança junto.
  5. Capacitor no lugar errado. A SNOAA35F avisa: filtro no pino 3 cancela a histerese e faz a saída disparar em rajada. O C2 vai no pino 2, e só nele.

Variações

Trocar os 12 V por 9 V ou 5 V. Pode, mudando o R6, que precisa ser pequeno o bastante para o nó A não passar de VCC − 2 V no escuro total: 12 kΩ para 9 V, 4,7 kΩ para 5 V. Os limiares acompanham sozinhos, porque são fração da alimentação.

Mais histerese. R3 de 47 kΩ no lugar de 100 kΩ: a janela sobe de 0,53 V para 1,15 V e a relação entre apagar e acender passa de 1,8× para mais de 3× em lux.

Inverter a lógica. Trocando o LDR de lugar com o conjunto R5 + RV1, a saída desce com muita luz em vez de pouca — vira detector de “a porta do armário abriu”. Para acionar relé, não ligue a bobina no borne J3: use a saída para a base de um BC548 com resistor de 1 kΩ, porque o LM393 só puxa 6 mA.

Veja também

Circuito do fabricante, conferido em simulação; se você montar, mande a foto para a Saber. E se o seu problema não é montar e sim consertar — entender o que cada peça faz dentro de uma placa com defeito —, é disso que trata o Mapa da Placa.