Conversor Analógico Digital (ART2845)

Este é o primeiro artigo meu na Revista Saber Eletrônica, edição 45 de março de 1976. Tem um valor histórico, mas ao mesmo tempo, ainda é atual, pois os componentes usados ainda são comuns no mercado. Este circuito pode ser usado em pesquisa de laboratório conforme o leitor perceberá.

Uma variação continua da tensão de entrada entre dois limites pré-estabelecidos provoca uma variação da frequência de saída também entre dois valores pré-determinados.

Quais são as aplicações práticas para um conversor analógico digital?

O que são os conversores analógico-digitais e como funcionam?

Abordaremos não só alguns aspectos práticos dos conversores analógicos digitais, descrevendo em pormenores a construção de um bastante simples, como analisaremos seu funcionamento sugerindo algumas aplicações para esse tipo de circuito.

Um conversor analógico-digital é um circuito em que uma variação de uma grandeza numa gama continua de valores (analógica) produz uma variação de uma grandeza numa gama de valores discretos (digital).

A frequência do sinal de saída uma, grandeza que pode ter valores discretos, é dependente da tensão de entrada, uma grandeza que pode variar numa gama contínua de valores.

Dentre as possíveis aplicações para um circuito desse tipo, podemos citar as seguintes:

- Medida de tensões ou grandezas contínuas por meio de instrumentos digitais – Se elaborarmos uma escala apropriada, podemos converter tensões, correntes ou resistências em frequências de valores proporcionais. Conhecendo a relação de dependência entre essas grandezas podemos usar um frequencímetro digital na sua medida.

- Indicação de níveis de tensão – Podemos usar um conversor analógico-digital para dar uma indicação sonora de níveis de tensão, se o acoplarmos a um amplificador de áudio e o fizermos operar numa gama de frequências apropriadas. Quando a tensão estiver no seu nível mínimo, o som emitido será grave. No nível médio o som será médio; No nível alto o som emitido será mais agudo..

- Órgão eletrônico experimental acionado por tensão - Acoplado a um amplificador e acionado por um teclado em que as notas são ajustadas por meio de divisores de tensão podemos construir um interessante órgão eletrônico.

- Campainha musical multinotas ou caixa de música eletrônica - Aproveitando a mesma configuração do órgão eletrônico, mas fazendo o acionamento automático do circuito divisor de tensão por meio de um gerador sequencial de impulsos e uma matriz de diodos programada segundo a música desejada, podemos gerar sequências quaisquer de notas musicais em quantidade que dependerá do número de pulsos de cada ciclo do gerador sequencial.

- Monitor de variações de tensão para o laboratório de biologia - O conversor analógico-digital pode ser acoplado a um amplificador monitor e a células de organismos em estudo. As variações dos potenciais dessas células poderão provocar variações do som emitido pelo amplificador, permitindo 'a monitoração dos fenômenos que ocorrem. Esta aplicação, bastante interessante no laboratório de biologia, tem sido notada especialmente na monitoração das variações dos potenciais de células vegetais quando então se obtém interessantes efeitos sonoros que inclusive chegaram a ser abordados e envolvidos por certo teor ”fantástico" em programas de televisão.

COMO FUNCIONA

Na figura 1 temos ilustrado um oscilador de relaxação básico com transistor unijunção.

Figura 1

Neste circuito o transistor unijunção opera como dispositivo comutador em que o instante de disparo é dado pela tensão, entre as armaduras do capacitor C1. A constante de tempo do circuito formado por R1 e C1 determina, portanto, a frequência do oscilador. O capacitor carrega-se por meio de R1 até que a

tensão de disparo do transistor unijunção seja atingida. Neste instante o transistor conduz intensamente fazendo com que o capacitor se descarregue através do circuito de carga. Um pulso bastante agudo é então gerado, sendo sua duração dada pelo valor do capacitor e pelo resistor de carga.

Uma vez descarregado, o transistor volta ao seu estado de não condução e um novo ciclo se inicia. Podemos alterar a frequência do oscilador de relaxação quer seja alterando o valor de R1, o valor de C1 ou ambos, quer dizer, a constante de tempo do circuito RC.

No nosso circuito conversor analógico-digital substituiremos por um transistor o resistor em questão. O transistor comportar-se-à como um resistor variável cujo valor é função de sua polarização (figura 2).

Figura 2

Isso significa que a resistência entre o emissor e o coletor do transistor será dada pela tensão de entrada que determinará a corrente de base.

Por meio do potenciômetro R3 (figura 3) podemos controlar a resistência representada pelo transistor na ausência de sinal de entrada e com isso determinar a gama de tensões de entrada do circuito.

Figura 3

Conforme o caso, poderemos fazer o circuito operar somente com tensões positivas de entrada e inclusive com tensões negativas.

O potenciômetro R4 determina a tensão de disparo do oscilador, permitindo um ajuste da frequência inicial (fo) em função também da tensão de entrada.

O valor do resistor R1 é determinado pela gama de tensões de entrada, situando-se na faixa dos 100 aos 470 k para tensões de entrada da ordem de alguns Volts e na faixa dos 2,2 aos 4,7 M para tensões de entrada da ordem de dezenas de Volts.

Com os valores dos componentes dados no circuito, a faixa de frequências obtidas nas melhores condições ,de ajuste vai de100 Hz na ausência de sinal ou com o nível mínimo à 5 kHz para excitação máxima, ou seja, quando Ol se encontrar saturado.

 

MONTAGEM E COMPONENTES

Evidentemente, a montagem do circuito é feita numa placa de fiação impressa cuja configuração damos na figura 5.

Figura 5

Os resistores usados são todos de 1/8 W e os capacitores de poliéster.

Os cuidados com a montagem são os normais. Um ferro de soldar de pequena potência deve ser usado (no máximo 30 W) para evitar qualquer dano aos componentes.

A conexão do conversor ao amplificador deve ser feita por meio de fio blindado para se evitar a captação de zumbidos. Um amplificador de 250 mV servirá perfeitamente para a maioria dos casos.

Dada a pequena potência de saída do conversor, a utilização de um alto-falante diretamente em lugar de R9 poderá ser tentada, mas o volume obtido não será dos maiores.

Com relação à fonte de alimentação, deve fornecer uma tensão entre 6 a 12 V, podendo ser usadas pilhas comuns, bateria, ou ainda a fonte que forneça uma tensão em torno de 9 Volts.