Bargraph com comparadores de tensão (ART366)

Comparadores de tensão quádruplos são obtidos facilmente, e a baixo custo, na forma de circuitos integrados. Isso não ocorre com muitos bargraphs específicos que, além de mais caros não são tão fáceis de obter no comércio especializado. Se o leitor precisa de um bargraph ou indicador de barra móvel e não deseja utilizar componentes como o LM3914 ou UAA170(180), a solução pode estar numa configuração como a que apresentamos neste artigo e que usa comparadores de tensão comuns.

Indicadores de barra ou de ponto móvel podem ser usados numa infinidade de aplicações, não se limitando aos VU-meters dos equipamentos de som. Até mesmo instrumentos simples de medida podem ser elaborados com base nestes indicadores tais como verificadores de ganho de transistores, testes de fugas, medidores de continuidade, etc.

O indicador de barra móvel que descrevemos neste artigo se baseia nos quatro comparadores de tensão existentes num circuito integrado LM339 ou qualquer equivalente da mesma família, e aciona 4 LEDs. No entanto, a mesma configuração pode ser expandida para usar 8 comparadores de dois integrados com a excitação de 8 LEDs conforme mostra a figura 1.

Possibilidade de excitar 8 LEDs numa escala de barra móvel.

O projeto é bem elaborado e inclui uma fonte de corrente constante para os LEDs que, se forem de tipos que tenham as mesmas características brilharão de modo uniforme como este tipo de aplicação exige.

Na entrada prevemos a utilização de um transistor excitador e de um sistema retificador e de filtro que permite a utilização do indicador diretamente ligado a uma saída de som. No entanto, este transistor pode ser retirado e o circuito pode operar diretamente com uma tensão contínua em medidores, ou outros aparelhos, conforme mostra a figura 2.

Operando com tensões contínuas.

Assim, em função dos valores do divisor de referência, o bargraph pode ser usado para indicar níveis de tensão com bastante sensibilidade. Conforme os valores escolhidos no divisor o circuito pode detectar níveis escalonados em passos de alguns milivolts.

A alimentação do circuito deve ser feita com uma tensão de pelo menos 9V para até 4 LEDs, mas se forem usados mais LEDs deve ser usada uma alimentação de pelo menos 12V.

O consumo do indicador é da ordem de 50 mA o que deve ser previsto no dimensionamento da fonte de alimentação.

COMO FUNCIONA

Para alimentar os LEDs em uma barra ou sequência são usados quatro comparadores de tensão constantes de um circuito integrado que pode ser o LM339.

Nas entradas inversoras destes comparadores vamos ligar uma rede de resistores que vai determinar escalonadamente a tensão de referência em cada um deles.

Assim, com valores diferenciados como o mostrado na figura 3 obtemos uma escala mais ou menos logarítmica para os pontos em que os comparadores comutam.

Escala obtida com os resistores usados no divisor de referência.

Assim, o ponto em que a saída de cada comparador muda de nível é determinado pela relação entre a tensão de entrada e a tensão de referência.

Todas as entradas dos comparadores são ligadas em paralelo, o que quer dizer que, estando os comparadores dotados de referências escalonadas eles comutam em instantes ou com tensões diferentes.

Os comparadores estando com as saídas no n[ivel baixo desviam a corrente para a terra impedindo que os LEDs seguintes acendam. Assim, quando todos os comparadores estão no nível alto, a corrente desvia pelo primeiro e os LEDs seguintes não acendem (todos os LEDs apagados).

Quando o primeiro comparador vai ao nível alto, o segundo estará no nível baixo e somente o LED1 acende. Quando o primeiro e segundo comparadores estiverem no nível alto, a corrente passa pelo LED1 e LED2 desviando depois pelo terceiro comparador.

De modo a se garantir uma referência de tensão estável foi utilizado um diodo zener (DZ) mas, este componente é opcional, já que para aplicações menos críticas não há necessidade de se manter tensões exatas nas referências.

Para que as correntes nos comparadores na condição de curto não forcem estes elementos e sejam constantes, o circuito é alimentado por uma fonte de corrente constante com base nos transistores Q2 e Q3.

Estes transistores formam um circuito de realimentação que proporciona uma corrente constante no coletor de Q2. Os resistores determinam a intensidade da corrente nos LEDs e podem ter seus valores alterados.

O montador pode usar um trimpot de 10k em lugar de R9 e colocando um multímetro em série com o coletor de Q2 determina a corrente que deseja nos LEDs. Para isso também deve ligar entre o coletor e a base do transistor Q1 um resistor de 10 k? de modo a obter o acionamento de todos os LEDs.

Na entrada do circuito indicado usamos um transistor excitador Q1 que tem em sua base um retificador e um capacitor de modo a operar com sinais de áudio.

O capacitor tem uma ampla faixa de valores já que ele vai determinar a velocidade de resposta do circuito. Se for usado um valor pequeno, o circuito passa a responder a variações de forma rápida e se for usado um valor maior, o circuito passa a responder somente às variações lentas. Nas aplicações que envolvem áudio a escolha do valor correto permite obter os melhores efeitos visuais para a escala.

Evidentemente, se a escala for usada com tensões contínuas, o diodo e o capacitor podem ser eliminados.

MONTAGEM

Na figura 4 temos o diagrama do indicador para o caso de 4 LEDs, empregando-se o circuito integrado LM339, um quádruplo comparador de tensão.

Diagrama para acionamento de 4 LEDs.

A placa de circuito impresso para esta configuração é mostrada na figura 5.

Placa do indicador de barra móvel com 4 LEDs.

Recomendamos o uso de um soquete para o circuito integrado e os LEDs tanto podem ser discretos com terminais longos, como podem ser do tipo já encontrado na forma de barras.

Os transistores admitem equivalentes e os resistores são todos de 1/8W ou maiores com qualquer tolerância. Outras relações de valores para os resistores de R3 a R7 permitem modificar a escala de acionamento.

Os capacitores eletrolíticos devem ter uma tensão mínima de trabalho de 16 V e o diodo zener (se usado) é de 400 mW ou maior.

P1 é um trimpot ou potenciômetro e dependendo da aplicação pode ser eliminado, assim como D1 e C1, conforme já explicamos.

Para acionar 8 LEDs em lugar de apenas 4 a configuração usada deve ser a mostrada na figura 6, em que empregamos fontes de corrente constante separadas.

Circuito para 8 LEDs.

PROVA E USO

Para provar o aparelho basta ligar à entrada ao positivo da alimentação e ajustar lentamente P1. Deve ocorrer um instante do ajuste em que os LEDs acendem em sequência.

Se algum LED não acender verifique se não está invertido.

Para utilizar num equipamento de som temos duas possibilidades:

A primeira, quando o equipamento de som tem boa potência consiste em se ligar a entrada do indicador diretamente à saída de som, ou seja, ao fio (+) ou vermelho que vai ao alto-falante. O negativo da alimentação do circuito deve ir ao negativo da alimentação do equipamento de som.

A segunda, para equipamentos de som que tenham potências muito pequenas consiste em se usar um transformador conforme mostra a figura 7.

Para equipamentos de menor potência.

O ajuste do ponto de funcionamento, conforme o volume do equipamento de som é feito no trimpot de entrada (P1).