Pesquisador de Oscilações CMOS (ART1949)

Para quem não possui um frequencímetro ou um osciloscópio, descobrir se num circuito digital existe uma frequência acima do que podemos ouvir pode significar um bom problema a ser resolvido. O que propomos neste artigo é um pesquisador que divide a frequência dos sinais de sua entrada de modo que mesmo sinais de vários megahertz caem faixa audível, permitindo assim sua detecção de ouvido .

Não podemos ouvir sinais acima de 15 000 Hz, e a maioria dos circuitos digitais opera em frequências bem superiores a esta. Desta forma, um seguidor de sinais de áudio é inútil nos circuitos deste tipo, mesmo porque, se considerarmos a faixa de RF, não há modulação a ser extraída e aplicada a um alto-falante.

No entanto, com um simples artifício podemos fazer um seguidor ou pesquisador de sinais digitais de frequências altas.

O princípio de operação do aparelho é simples: dividimos a frequência elevada do sinal por valores até 16384, de modo que mesmo um sinal de 16 MHz caia na faixa audível, uns poucos menos de 1 kHz, e com isso possa ser ouvido num alto-falante na forma de um apito.

O circuito proposto possui diversos valores de divisão, de modo que podemos detectar, nos circuitos digitais, sinais que vão desde alguns hertz até o limite do integrado CMOS, que no caso é da ordem de 7 MHz com 10 V de alimentação e 2,5 MHz com 5 V de alimentação.

O aparelho poderá ser alimentado por fonte própria ou, preferivelmente, pela própria fonte do aparelho que estiver sendo analisado.

Características:

Tensão de alimentação: 5 a 15 V

Consumo sem sinal: 0,5 mA (tip.)

Consumo com sinal: 20 a 100 mA (ver texto)

Faixa de frequências de operação: 5 a 7 MHz (10 V) 5 a 2,5 MHz (5 V)

Divisões possíveis da frequência: 16, 64, 256, 1024, 4096, e 16 384.

A divisão de frequência é feita com base num único circuito integrado CMOS do tipo 4020, que tem a pinagem mostrada na figura 1.

Figura 1- Pinagem do 4020

Este circuito integrado consiste num contador binário de 14 estágios e que, portanto, pode dividir a frequência de um sinal por até 214, ou seja, 16 384.

Conforme vemos pelo invólucro, ternos saídas acessíveis em diversos estágios e, portanto, diversos valores para a divisão.

Assim, na saída 8 (pino 13) temos a disponibilidade de um sinal cuja frequência corresponde à da entrada dividida por 28 =256.

No nosso projeto, por meio de uma chave seletora escolhemos 7 quocientes para a divisão do sinal, que correspondem a divisões por 16, 64, 256, 1024, 4096 e 16 384.

É claro que se você quiser usar uma chave de mais posições pode aproveitar os outros valores disponíveis.

Dependendo então da saída selecionada pela chave S1 temos sinais que correspondem à entrada dividida por um certo valor

Escolhendo apropriadamente este valor fazemos com que o sinal caia na faixa de áudio, e com isso possa ser amplificado e aplicado a um alto-falante.

A amplificação é feita por um único transistor Darlington de potência, que tem como carga em seu coletor um alto-falante.

Como a ampliação e grande, você pode reduzir o seu volume com a ligação em série de um potenciômetro de 100 k ohms, conforme mostra a figura 2.

Figura 2 – Acrescentando um controle de volume

É importante observar que a tensão dos sinais de entrada deve ser igual à usada na alimentação.

Assim, não podemos alimentar o circuito com 12 V quando estamos pesquisando alimentado por S V ou por 15 V.

Por este motivo é que recomendamos que seja usada a mesma alimentação do aparelho pesquisado.

O diagrama completo do pesquisador é mostrado na figura 3.

Figura 3 – Diagrama do aparelho

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.

Figura 4 – Placa de circuito impresso

Será conveniente montar o circuito integrado num soquete DIL, e dotar o transistor de um pequeno radiador de calor.

Se você não quiser usar uma chave rotativa de 1 pólo x 6 posições, poderá fazer conexões pelo sistema plugue x borne, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Seleção por bornes

Desta forma, a divisão de frequência será selecionada encaixando-se o plugue no borne correspondente.

A ponta de prova é comum, e os diodos admitem equivalentes, como os 1N914.

Todo o conjunto cabe facilmente numa caixinha plástica, e para conexão ao equipamento em prova, usando sua alimentação, podemos usar fios com garras jacaré.