VCO (ART1425)

Os Osciladores Controlados por Tensão (VCO) são usados numa grande gama de aplicações práticas, partindo dos instrumentos musicais e indo até as placas de aquisição de dados, conversão analógico/digital de informações obtidas de sensores. O VCO que descrevemos pode ser usado em muitas aplicações, levando-se apenas em conta que sua frequência máxima de operação está em torno de 100 kHz e que a sensibilidade de entrada depende apenas dos transistores usados.

VCOs ou Voltage Controlled Oscilators são osciladores cuja frequência depende da tensão de entrada.

Variando-se a tensão de entrada a frequência muda dentro de uma faixa determinada por certos componentes do circuito.

Podemos usar um VCO para sintetizar as notas de um instrumento musical, bastando para isso usar tensões apropriadas para controlar seu circuito.

Esta aplicação é em especial interessante quando se projeta um gerador de ritmos e cada nota pode ser programada pelo ajuste de um potenciômetro ou pela conversão de um valor digital numa tensão.

Outra aplicação é no envio de dados captados por um sensor resistivo à distância, conforme mostra a figura 1.

Usando o VCO para enviar dados obtidos de um sensor (como conversor A/D).

A grandeza que varia linearmente na saída do sensor, como por exemplo uma tensão ou corrente seria alterada ao ser enviada por um condutor, pois a resistência desse condutor introduziria um erro.

No entanto, convertendo esta grandeza em frequência, ela não mais será alterada pela resistência do fio ou outras características que possam ser prejudiciais a sua transmissão como capacitâncias e indutância parasitas.

Assim, basta ler a frequência na saída para se poder chegar ao valor da grandeza medida sem alterações no envio.

O circuito funciona com tensões de 9 a 15 volts e todos os componentes usados são comuns.

COMO FUNCIONA

A frequência de um astável 555 depende tanto do capacitor ligado aos pinos 2 e 6 como também da resistência entre o pino 7 e a alimentação positiva.

No entanto, o 555 tem uma característica que nem sempre é interessante nos circuitos como o que propomos neste artigo que é a de produzir um sinal cujo ciclo ativo não é 50%.

Assim, se com um sinal de controle influirmos ou na carga do capacitor ou na resistência em série, estaremos alterando o ciclo ativo e consequentemente a frequência.

Para se obter uma alteração tanto do tempo de carga como de descarga do capacitor, de modo a mudar a frequência com pouca alteração no ciclo ativo, este circuito usa uma ponte de transistores ligados de modo diferencial.

Assim, enquanto um dos transistores controla o tempo de carga do capacitor, sendo ligado em serie com este componente como um resistor variável o outro controla a descarga do capacitor.

Os transistores operam em conjunto a partir do sinal aplicado a sua base.

Desta forma, no circuito proposto, o capacitor ligado entre os pinos 2 e 6 do circuito integrado determina a frequência central do circuito, ou seja, a frequência em que ele vai operar sem o sinal de entrada.

O sinal vai ter sua frequência variada quando uma tensão que varie entre 0 e aproximadamente 1,0 volt for aplicada na entrada do circuito, mas este valor pode ser alterado bastando que os resistores do circuito tenham seus valores modificados.

O sinal produzido é retangular com uma amplitude que corresponde a aproximadamente a tensão usada na alimentação.

O capacitor pode ter valores na faixa d 1 nF a 100 nF.

MONTAGEM

O circuito completo do VCO é mostrado na figura 2.

 

Como este tipo de circuito normalmente é usado como parte de um projeto mais complexo, não há necessidade de se dar a disposição dos componentes numa placa de circuito impresso.

No entanto, como o leitor pode usar esta configuração em experiências será interessante sugerir uma disposição de componentes em matriz de contactos.

Esta disposição é mostrada na figura 3.

Sugestão de placa de circuito.

Os transistores são todos NPN e PNP de uso geral e os resistores de 1/4 watt ou maiores. O capacitor C1 pode ser cerâmico ou de poliéster.

Lembramos que a corrente máxima que pode ser drenada pela saída do 555 é da ordem de 200 mA, mas maior estabilidade se consegue se for usado um buffer entre ele e a carga a ser excitada se ela for de potência elevada.

A excitação de circuitos CMOS alimentados com a mesma tensão é direta.

PROVA E USO

A prova é simples, pois basta ligar a unidade à entrada de um amplificador e na entrada da unidade um potenciômetro como divisor de tensão, conforme mostra a figura 4, isso se o circuito operar na faixa de áudio.

Circuito de teste para o VCO.

Atuando-se sobre o potenciômetro o circuito deve produzir sinais que variam em frequência.

Caso o leitor deseje ter uma calibração perfeita do circuito numa aplicação mais crítica pode usar um osciloscópio ou ainda um frequencímetro na saída.