Frequencímetro de Áudio (INS579)

O circuito apresentado, que utiliza apenas um circuito integrado bastante comum, é um frequencímetro analógico que permite medir frequências de até uns 20 kHz com boa precisão. Trata-se de um equipamento de grande utilidade para os leitores que trabalham com osciladores de baixas frequências como os usados em controles remotos ultrassônicos, alarmes, sirenes, etc.

Um único circuito integrado de baixo custo e o componente básico deste projeto que pode ser de grande utilidade para os leitores que não possuam um frequencímetro e desejam medir com alguma precisão sinais na faixa de áudio.

O circuito é do tipo analógico, excitando diretamente um microamperímetro comum de 0-200 uA e se convenientemente calibrado, pode ser bastante preciso.

A sensibilidade de entrada também é boa, permitindo a medida de sinais que tenham intensidades a partir de uns 100 mV sem problemas.

As duas escalas, com fundos em aproximadamente 2 kHz e 20 kHz permitem ler as frequências das duas faixas com maior precisão.

A alimentação do circuito é feita com 4 pilhas comuns, o que torna o aparelho totalmente portátil.

Seu consumo é bastante pequeno e pode até ser reduzido com o uso de um 555 CMOS.

COMO FUNCIONA

Na figura 1 temos um diagrama de blocos deste aparelho.

Figura 1 – Diagrama de blocos do frequencímetro | Clique na imagem para ampliar |

Na etapa de entrada temos um transistor amplificador ligado na configuração de emissor comum e que serve para aumentar a intensidade dos sinais aplicados à entrada.

O ganho desta etapa determina a sensibilidade de entrada do frequencimetro.

Os sinais amplificados por esta etapa servem para excitar um circuito integrado 555 ligado na configuração de monoestável.

O tempo em que a saída do monoestável vai ao nível alto será determinado pelo ajuste de P2 e pelos valores selecionados dos capacitores pela chave de escala, que fixarão o fundo de escala de frequência do circuito.

Assim, a partir da figura 2, podemos perceber como funciona este circuito e até usar o mesmo principio de funcionamento em outros projetos como capacímetros, medidores de indutâncias, medidores de rotações por minuto (rpm) e muitos outros.

Figura 2 – Formas de onda no circuito

A cada ciclo do sinal de entrada o transistor amplificador tem seu coletor indo ao nível baixo uma vez e com isso é produzido o pulso que dispara o monoestável.

Assim, para cada ciclo do sinal de entrada, o monoestável dispara uma vez.

Se os disparos ocorrerem em intervalos relativamente longos, os pulsos obtidos na saída estarão bem espaçadas, de modo que a média de intensidade da saída será baixa.

Por outro lado, se os pulsos estiverem bem próximos, como ocorre com as frequências mais elevadas, os pulsos de saídas também se "juntarão" e a média de tensão de saída será bem mais alta.

Evidentemente, o limite de frequência estará no ponto em que os pulsos produzidos "encostam" uns nos outros, e isso determina o fundo de escala ou a frequência mais alta que pode ser medida em cada escala.

O que o medidor ligado na saída faz é medir a tensão média dos pulsos de saída que são produzidos.

Para isso temos um circuito integrador formado por dois resistores e dois capacitores que é ligado ao medidor.

O ajuste do medidor é feito por meio de um trimpot.

Assim, quanto mais próximos estiverem os pulsos produzidos pela saída do monoestável; maior será a indicação do instrumento.

Como estes pulsos são proporcionais à frequência, o que o medidor estará indicando, na realidade, será justamente a frequência do sinal de entrada.

Veja então que existem dois ajustes críticos que vão determinar a eficiência e a precisão do circuito.

Evidentemente, o limite de frequência estará no ponto em que os pulsos produzidos "encostam" uns nos outros.

O primeiro é feito no trimpot P2 de modo que tenhamos a largura de pulso do monoestável que corresponde justamente à frequência máxima que desejamos medir.

O segundo é no trimpot P3 que determina o fundo de escala, ou seja, a corrente máxima no instrumento quando a frequência máxima é alcançada, evitando que a agulha ultrapasse o fundo de escala do instrumento.

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo de nosso frequencímetro.

Figura 3 – Diagrama completo do frequencímetro

Na figura 4 temos a disposição dos componentes numa placa de circuito impresso.

Figura 4 – Placa de circuito impresso para a montagem | Clique na imagem para ampliar |

O circuito integrado pode ser instalado num soquete DIL para maior segurança.

Os resistores são de 1/8 W ou maiores e os capacitores podem ser cerâmicos ou de poliéster.

Os trimpots de ajuste são comuns, sendo a placa planejada para alojar a montagem vertical.

Evidentemente, o leitor pode usar os tipos de montagem horizontal fazendo as devidas alterações no desenho da placa.

O instrumento indicador é um microamperímetro de 0-200 uA, mas não é um componente crítico, já que tipos com fundo de escala de 50 a 300 uA podem ser usados compensando-se suas características pelo ajuste de P1.

Para as pilhas deve ser usado um suporte apropriado e o controle de sensibilidade consiste num potenciômetro no painel.

Este potenciômetro pode incorporar o interruptor geral que liga e desliga o aparelho.

Para a entrada de sinais pode ser usado um jaque onde será encaixado um cabo blindado de 80 cm aproximadamente com duas garras.

A chave de seleção de escalas pode ser do tipo deslizante ou rotativa.

AJUSTE E USO

Se o leitor tiver um gerador de sinais, o ajuste será muito simples: basta aplicar o sinal na entrada do aparelho com a chave seletora de escala na posição x10.

Aplique inicialmente o sinal na frequência de 2 ou 3 kHz e ajuste. Abra P1 até que haja indicação no instrumento. P2 deve estar na posição de mínima resistência.

Depois ajuste cuidadosamente P2 para que a corrente indicada seja a de fundo de escala ou 200 uA.

Passe em seguida ao ajuste de P2.

Coloque o gerador de sinais para produzir um sinal de 1 kHz e com a chave na posição x1 O ajuste P2 para que o instrumento marque uma corrente de 100 uA.

Com este procedimento o instrumento estará ajustado nas duas escalas.

Se houver diferenças muito grandes na outra escala (X100) isso pode ser devido a tolerâncias do capacitor de 1 nF.

Experimente trocar este capacitor.

Para usar o aparelho, basta aplicar o sinal na entrada e ir abrindo P1 até obter uma indicação.

Se o ponteiro for imediatamente ao fim da escala, use a x 100 ou, se já estiver nela, é porque o sinal é de mais de 20 kHz.