Entre os aparelhos de medida mais utilizados, o frequencímetro tem um lugar importante, quer seja para o eletrônico amador ou profissional. Propomos ao leitor a realização de um aparelho de excelentes características graças à presença de um circuito integrado especial que ainda facilita sua montagem.
Patrice Oguic (*)
(*) Patrice Oguic é um escritor técnico francês que colabora com as principais revistas da França e tem diversos livros de Eletrônica publicados. Os seus artigos foram traduzidos por Newton C. Braga que na época (98) tinha um acordo interessante em que ele publicava meus artigos (Newton) na França e eu os dele aqui.
Esta montagem permite a medida de frequências até 20 MHz (19 999 kHz). Dentre as aplicações em que é utilizada pelo autor temos a medida da frequência de saída de um gerador de funções e o funcionamento de circuitos TTL.
Os leitores certamente encontrarão outras aplicações importantes para este circuito. Como explicamos na introdução, o circuito tem um bom grau de compactação graças ao uso de um circuito integrado ICM 7224 e substitui mais de quinze circuitos integrados comuns, reduzindo a lógica de comando do frequencímetro a mais simples configuração. Para reduzir ainda mais o tamanho da montagem, foi utilizado um mostrador de cristal líquido (LCD) que consome uma corrente insignificante, influindo no tamanho do transformador de alimentação que pode ser pequeno.
FUNCIONAMENTO
A base de tempo:
O diagrama completo do frequencímetro, apresentando suas diversas etapas é mostrado na figura 1.
O circuito da base de tempo rege o funcionamento do frequencímetro, fornecendo os intervalos de leitura (tempos em que o sinal de entrada é aplicado ao contador) e os sinais de comando (Stockage e Reset) que permitem a apresentação do resultado e a volta a zero dos contadores internos do ICM7224.
O circuito Cl2, um 7400, está configurado como um oscilador controlado a cristal. O capacitor C1 permite o ajuste fino da frequência de funcionamento. Os intervalos de saída são disponíveis no pino 8. Estes sinais são aplicados a Cl3, que consiste num divisor por 10 (74LS90), onde a frequência de saída será de 1 MHz. Uma nova sequência de divisões por 5 e por 12 e por mais 5 divisores contidos nos circuitos integrados 4518 (Cl4 Cl5, e Cl6) leva a saída a uma frequência final de 10 Hz (taxa de amostragem do circuito).
O circuito integrado seguinte é um 74LS74, um duplo flip-flop que opera como divisor de frequência por 2.
Vamos supor que um sinal de clock de 10 Hz seja aplicado a este circuito e na sua entrada, um sinal de 10 kHz, o que resulta em ciclos de leitura de 1 segundo ou 1 milissegundo. É o circuito CI8 (4017) que está encarregado de gerar estes sinais de leitura a partir dos sinais de comando.
O sinal de 5 Hz ou 5 kHz é então aplicado à entrada de clock de Cl8. Na saída 12 são disponíveis pulsos positivos de durações iguais a 1 segundo ou 1 ms. Alguns instantes depois do flanco descendente do sinal de leitura, aparece no pino 5 do circuito um impulso de curta duração seguido por um outro no pino 9. São estes dois impulsos que, invertidos pelos transistores T1 e T2, comandarão o aparecimento do resultado da contagem no display e a volta a zero dos contadores do ICM 7224. À figura 2 mostra a cronologia destes diferentes sinais.
Como podemos ver, o pulso de validação do valor apresentado no display é gerado por um ciclo de clock depois do flanco descendente do sinal de leitura. O impulso de volta a zero ocorre depois de três ciclos do sinal de clock.
O contador e o display:
A contagem dos impulsos do sinal de entrada, assim como a gestão do display LCD são confiados ao Cl1, o ICM7224. Este circuito é capaz de contar até 19 999 o que, como mencionamos no início, será a frequência máxima do sinal de entrada. Os terminais do ICM 7224 têm as seguintes funções:
- Pino 1 - alimentação +5 V
- Pino 5 - PB (Back Plane) - alimentação do LDG
- Pino 28 - Carry (vai um) – usado quando dois mostradores são ligados em cascata
- Pino 29 - LZB in deixado em aberto, faz com que os zeros a esquerda não sejam apresentados.
- Pino 30 - LZB out - é utilizado com a mesma função do anterior, quando dois mostradores são ligados em cascata.
- Pino 31 - Count inhibit – bloqueia a contagem quando ativado.
- Pino 32 - Count - entrada onde são aplicados os sinais para contagem.
- Pino 33 - Reset - entrada que faz a contagem voltar a zero.
- Pino 34 - Store - entrada que faz a validação do conteúdo dos contadores.
- Pino 35 - Vss - terminal de terra.
- Pino 36 - Oscilador e pino de validação do oscilador interno. Ligado à massa ele desabilita o oscilador que é responsável pelo sinal retangular que alimenta o LCD.
Alguns pinos deste mostrador não usados nesta aplicação ficam desligados.
O pino BP é ligado diretamente ao ICM 7224, havendo um sinal de 150 Hz para alimentação.
O resistor ajustável RV permite a regulagem da sensibilidade deste estágio transistorizado
O estágio de entrada:
Esta etapa é centralizada em torno do transistor T3, do tipo de efeito de campo BF245, e do circuito integrado Cl9, que consiste num LM710, comparador rápido.
A entrada do sinal que será medido é feita por um capacitor de valor elevado, C3, (470 nF). O resistor R12 de 1 M? fixa a impedância de entrada. Os diodos D1 e D2 protegem o transistor T3 contra sinais de intensidade muito grande, limitando a amplitude em 0,6V. O resistor ajustável RV permite a regulagem da sensibilidade deste estágio transistorizado. O sinal amplificado por T3 com a ajuda do resistor R15 é aplicado à entrada não inversora de Cl9. A entrada inversora é ligada a RV, onde é feito o ajuste da tensão de disparo do circuito Cl9 e assim se fixa a sensibilidade desta etapa.
O sinal de saída é disponível no pino 9 do LM710. Este sinal é compatível TTL, o que simplifica sua utilização.
A porta NAND ligada à saída de CL9 ajusta a forma do sinal, o que garante sua utilização pelo ICM224. Os capacitores C5, C6, C8 e C10 são utilizados para o desacoplamento das linhas de alimentação de + 12 V e - 6 V.
Assim configurado, este estágio de entrada permite obter uma sensibilidade de entrada da ordem de 40 mV, o que nos parece amplamente suficiente para a maioria das aplicações.
A alimentação:
A fonte de alimentação é tripla. Além dos 5 V necessários aos circuitos lógicos e o comparador Cl9, temos ainda uma tensão de +12 V e uma tensão de -6 V. Estas três tensões são geradas pelos reguladores de tensão de 3 terminais. A configuração de REG, exige uma pequena explicação. De fato, o terminal GND normalmente é ligado à massa, mas aqui, por meio do diodo D7 temos a possibilidade de obter com um regulador de 5V os 6 V negativos que precisamos para o circuito (na verdade -5,6 V) do LM710.
Um transformador de 2 x 12 V fornece as tensões para a alimentação do circuito.
MONTAGEM
A placa de circuito impresso do lado cobreado é mostrada na figura 3. Observe cuidado especial com a densidade das trilhas, principalmente junto ao ICM 7224 e ao mostrador de cristal líquido. Será interessante utilizar o método fotográfico para a realização desta placa ou outro processo que garanta boa precisão.
O lado dos componentes é mostrado na figura 4.
Cuidado para colocar antes todos os jumpers (straps), já que alguns deles vão ficar sob os circuitos integrados.
Para os circuitos integrados devem ser usados suportes e para o mostrador de cristal líquido, encaixes apropriados. Duas ou três filas destes terminais podem ser usadas para que ele fique num nível mais alto do que os componentes adjacentes.
Os resistores e capacitores podem ser montados depois, assim como os demais componentes.
Atenção: não devemos inserir os circuitos integrados nem o mostrador LCD, imediatamente após a montagem.
PROVA
Inicialmente deve ser feita a conexão de um pequeno transformador de 2x 12V ao circuito e verificada a presença das três tensões nos terminais correspondentes. Estas tensões não devem estar mais do que 5% fora das especificadas.
Deve-se tomar o máximo cuidado para não pressionar este componente na sua região central, mas sim apoiar sobre as laterais junto aos terminais, onde deve ser feita a pressão de encaixe.
Somente depois disso é que os circuitos integrados Cl2 a Cl8 devem ser inseridos em seus suportes. Com a ajuda de um osciloscópio ou de uma sonda lógica, verifique a presença do sinal de clock nos diversos pontos do circuito, assim como dos sinais de amostragem e os dois sinais de comando de Cl8.
Com isso é possível colocar no suporte o ICM 7224 e o display de cristal líquido.
Deve-se tomar o máximo cuidado para não pressionar este componente na sua região central, mas sim apoiar sobre as laterais junto aos terminais, onde deve ser feita a pressão de encaixe.
Depois disso, ligando a alimentação, o mostrador deve apresentar o valor 0000 o que corresponde a um funcionamento normal.
Depois, com Cl9 no seu suporte, ligue na sua saída (pino 9) um osciloscópio e injete um sinal de 100 mV na entrada do frequencímetro para o ajuste de RV2.
Ajuste RV2 para que o sinal seja o mais próximo possível da forma retangular.
Injete depois um sinal de frequência conhecida e compare o resultado obtido que deve ser o mesmo.
Nota:
A sensibilidade do estágio de entrada é relativamente importante, uma vez que o mostrador não indica 0000 quando nada está ligado à entrada. Isso pode ser devido a captação de ruídos, o que pode ser resolvido diminuindo-se a sensibilidade de entrada por meio de RV2.
