Divisores de Frequência com Circuitos Lógicos (ART2810)

Dividir uma frequência por 2, 3 ou qualquer outro número inteiro pode ser necessário em diversos tipos de circuitos práticos como, por exemplo, em circuitos lógicos de frequencímetros, voltímetros, ou cronômetros digitais, em sintetizadores, órgãos eletrônicos geradores, de ritmos, etc. Neste artigo, fazemos um apanhado de algumas possibilidades de divisão de frequências utilizando circuitos lógicos TTL.

Em se tratando da divisão de frequências menores que 10 MHz por números inteiros, para aplicações em lógica digital, nada melhor do que empregar circuitos lógicos, e os integrados da tecnologia TTL.

Neste artigo, empregando circuitos integrados TTL, descrevemos os processos básicos de se dividir frequências por 1, 2, 3 até 11, e pela combinação desses circuitos, a divisão por outros números inteiros pode ser conseguida com facilidade.

Conforme devem estar os leitores familiarizados, os circuitos integrados digitais TTL, operam com níveis de sinais de entrada bem estabelecidos.

Assim, é considerado um pulso de excitação, um sinal retangular de tensão maior que 3,5 Volts, e considerado ausência de excitação, sinais de menos de 1,5 Volts.

Isso quer dizer que, para operar um circuito integrado TTL, os pulsos de excitação, devem ser retangulares, de amplitude entre 3,5 e 5 Volts.

Desta maneira, os divisores de frequência que descrevemos, exigem para sua operação, um sinal cuja forma de onda seja retangular de frequência inferior a 10 MHz, e cuja amplitude dos pulsos estejam entre 3,5 e 5 Volts. (Figura 1).

 

Figura 1
Figura 1

 

Se a forma de onda a ser trabalhada não for retangular, ou ainda se sua amplitude for diferente, não caindo na faixa exigida, esta deve ser trabalhada antes, para poder em seguida ser aplicada ao circuito lógico.

No caso de uma amplitude inferior a exigida, uma etapa amplificadora pode ser usada na entrada, e no caso de uma forma de onda não retangular pode ser usado um Schmitt Trigger.

A alimentação para os circuitos íntegra dos TTL, é feita com uma tensão de 5 volts, e o consumo de potência é da ordem de 10 a 20 mW por porta.

Evidentemente, dependendo da frequência com que se pretende trabalhar, podem ser feitas opções de utilização de circuitos integrados de alta velocidade (High Speed) ou de média velocidade.

 

ONDE E COMO USAR OS DIVISORES DE FREGUÊNCIA

Suponhamos que numa aplicação prática, se disponha de uma fonte de pulsos retangulares de determinada frequência e que se deseje dividir por um número inteiro.

Por exemplo, isso pode ser o caso de um sintetizador em que tenhamos um oscilador básico, que gere um sinal de frequência correspondente a oitava mais alta da escala musical, de determinada nota.

Se dividirmos sua frequência por 2, 4 e 8 respectivamente temos as notas correspondentes das três oitavas inferiores.

Assim, ajustando o oscilador básico, automaticamente as notas correspondentes das oitavas inferiores, também estarão afinadas.

Na figura 2, temos um diagrama de um oscilador de tom usando 2 portas NAND (metade de um 7400), e seu sinal aplicado a divisores sucessivos por 2, com o que se obtém as notas correspondentes as oitavas inferiores.

 

Figura 2
Figura 2

 

 

Num gerador de ritmo, por exemplo, o mesmo oscilador pode ser usado para a determinação desse ritmo (os capacitores determinam a frequência do oscilador), e os divisores fazem o acionamento dos osciladores correspondentes a diversos timbres que em conjunto darão o efeito desejado. (Figura 3).

 

Figura 3
Figura 3

 

 

É claro que, pela combinação de diversos divisores, podemos dividir uma frequência por qualquer número inteiro.

Por exemplo, num caso simples, do divisor por 2, isso significa que para cada dois pulsos de entrada teremos um de saída.

No caso do divisor por 3, isso significa que para cada três pulsos de entrada temos um de saída.

Combinando um divisor por 2, com um por 3, temos um circuito que a cada "SEIS" pulsos de entrada, produz ”UM" pulso de saída. (Figura 4).

 

Figura 4
Figura 4

 

 

Isso ocorre porque dividir por 2 e por 3 equivale a dividir por 6.

Podemos então, combinando, divisores de 2 a 11 obter os mais diversos quocientes inteiros de divisão:

Assim, para dividir por 15, basta dividir por 3 e por 5 (3 x 5 =15-).

Para dividir por 165 basta dividir por 3, por 11 e por 5 porque 3 x 11 x 5 = 165.

Muitos sintetizadores de música (Moog), usam esta técnica de obtenção de tom, a partir de um único oscilador padrão que uma vez afinado, determina de modo exato todas as frequências de cada nota musical.

 

OS CIRCUITOS PRÁTICOS

Pois bem, os circuitos práticos que descrevemos, se baseiam no circuito integrado TTL 7490 que consiste num contador de década (decade counter), e nas portas NAND que são parte do circuito integrado 7400 que possui 4 destas no mesmo invólucro. (Figura 5).

 

Figura 5
Figura 5

 

 

DIVISOR POR 2

Conforme dissemos, este circuito divide a frequência de um sinal cuja forma de onda, seja retangular de amplitude entre 3,5 e 5 Volts por 2. Isso quer dizer que, para cada 2 pulsos de entrada temos UM pulso de saída. (Figura 6).

 

Figura 6
Figura 6

 

 

Se a frequência de entrada for, por exemplo 4 200 Hz, a frequência de saída será 2 100 Hz.

A chave "reset", produz o "zeramento” ou reset do circuito integrado, ou seja, coloca o circuito na situação de precisar receber dois pulsos, para produzir uma saída, ”esquecendo" um eventual pulso que tenha sobrado anteriormente.

Abrindo o interruptor em questão o circuito é zerado, ou seja, em funcionamento normal, ele deve ser mantido fechado.

 

DIVISOR POR 3

Nas figuras 7 e 8 temos dois divisores por 3, ou seja, circuitos que a cada três pulsos de entrada, produzem um pulso de saída.

 

Figura 7
Figura 7

 

 

Figura 8
Figura 8

 

 

O primeiro, que utiliza um único integrado 7490, não possui zeramento externo, ou seja, se numa operação anterior, forem dados dois pulsos, este ficarão na sua memória” e quando vier depois um terceiro pulso ele provocará três de saída.

Para fazer o circuito “esquecer" eventuais pulsos das operações que tenha feito anteriormente, temos a segunda versão que, para o zeramento utiliza 3 portas NAND de um integrado 7400.

 

DIVISOR POR 4

Este circuito produz um pulso de saída cada 4 pulsos de entrada, ou seja, divide a frequência por 4, sendo equivalente a dois divisores por 2, portanto, (Figura 9).

 

Figura 9
Figura 9

 

 

Neste também temos um dispositivo de zeramento que apaga a “memória" do circuito. Para funcionamento, a chave deve ser mantida fechada, zerando o circuito quando a abrimos.

 

DIVISOR POR 5

Com a configuração da figura 10 obtém--se um pulso de saída a cada 5 pulsos de entrada. Em suma, a frequência é dividida por 5.

 

Figura 10
Figura 10

 

 

Um único circuito 7490 é usado, e novamente temos a chave de “reset" que “apaga" a memória do circuito, ou seja, faz com que o ciclo seguinte se inicie obrigatoriamente de zero.

 

DIVISOR POR 6

Podemos dizer que este circuito dado na figura 11, equivalente a um, divisor por 3 e um por 2, se bem que utilize apenas um integrado 7490.

 

Figura 11
Figura 11

 

 

A cada 6 pulsos de entrada, corresponde um único pulso de saída.

A configuração da figura 12, é a mesma, mas com a comodidade do zeramento.

 

Figura 12
Figura 12

 

 

A chave reset deve estar fechada para funcionamento normal, devendo ser aberta para o zeramento.

 

DIVISOR POR 7

Nesta configuração para se obter um zeramento, usa-se três portas NAND de 3 entradas, parte de um integrado 7410. (Figura 13).

 

Figura 13
Figura 13

 

 

A cada 7 pulsos de entrada, tem-se um pulso de saída. A frequência é, portanto, dividida por 7.

 

DIVISOR POR 8

Podemos dizer que este circuito, equivale a 3 divisores por 2 ligados em série.

Entretanto, esta configuração da figura. 14 utiliza um único circuito integrado 7490.

 

Figura 14
Figura 14

 

 

Novamente temos a comodidade do zeramento que é feito por um interruptor simples que deve ser mantido fechado, sendo aberto para o rearmamento.

 

DIVISOR POR 9

No circuito da figura 15, a cada 9 pulsos de entrada, temos um único pulso de saída.

 

Figura 15
Figura 15

 

 

Um único integrado do tipo 7490 é utilizado e também temos a comodidade do “reset".

 

DIVISOR POR 10

Esta é a configuração natural do 7490 que é um “contador de décadas”, ou seja, trata-se de um circuito projetado justamente para a cada 10 pulsos de entrada produzir um pulso de saída. (Figura 16).

 

Figura 16
Figura 16

 

 

Também temos a chave de zeramento, que deve ser mantida fechada para o funcionamento normal e aberta para o zeramento.

 

DIVISOR POR 11

Para a divisão de números maiores que 10 mais de um circuito 7490 deve ser usado. É o caso do divisor por 11 da figura 17, em que além dos dois circuitos integrados 7490'são usadas 3 portas NAND de um 7400 para o zeramento.

 

Figura 17
Figura 17

 

 

A cada 11 pulsos de entrada corresponde um único pulso de saída.

 

OBSERVAÇÃO:

A duração do pulso de saída é exatamente a mesma dos pulsos de entrada, e sua intensidade está entre 3,5 e 5 Volts como normal dos circuitos TTL.

Isso significa que o ciclo ativo do pulso de saída nem sempre é 50%.

 

 


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