quarta-feira, 21 de agosto de 2013

Medidor de Níveis Lógicos


Neste post, sugerimos a vocês uma montagem prática e interessante, o que Ihes trará grande proveito, com relação ao teste de circuitos digitais de qualquer espécie, inclusive todos os que se­rão postados neste blog.
Como a maioria dos nossos alunos e os que prestigiam esse blog estão ingressando em Eletrônica Digital, estou propondo algo bastante simples, a fim de que os principiantes possam acompanhar sem maiores dificuldades. 
Qualquer eventual dúvida poderá ser desfeita através das mensagens, se vocês derem a ele a importância que merece. Da participação de vocês, quanto aos meus artigos teóricos, depende o sucesso dos seus estudos. 

CONSIDERAÇÕES 

Apesar da simplicidade, o circuito constitui um instrumento importante de trabalho. Através do medidor de níveis lógicos, vocês saberão na quantas andam" seus circuitos integrados quanto ao tipo de lógica: lógica 0 ou 1. Convêm salientar que isto ·é fato importantíssimo, uma vez que Eletrônica Digital é baseada, exclusivamente em lógica 0 ou 1.

Nosso circuito foi projetado em tecno­logia CMOS (aquela que "puxa" pouca corrente), bastante confiável e de fácil aquisição aqui na nossa "terrinha" ..


Vocês não podem nem imaginar que valiosa ferramenta constitui o medidor de níveis lógicos. Suas funções até podem ser comparadas às de um osciloscópio rudimentar.
Sempre que for preciso analisar um "circuitão" repleto de circuitos integrados é que nos convenceremos da utilidade do nosso "instrumentinho". 

FINALIDADE 

Seu objetivo principal é facilitar o pro­cesso de pesquisa, teste e manutenção de circuitos digitais de qualquer espécie. 
No mercado nacional existem alguns tipos disponíveis de medidores, chamados de Logic Probe, bastante caros e quase sempre importados. Os nacionais têm seus circuitos baseados em tecnologia TTL que testam, exclusivamente, circuitos TTL. Caso contrário sobre carregam os circuitos de outras famílias lógicas, principalmente os CMOS, o que os torna pouco úteis. 
Nosso medidor foi projetado para indicar qual dos três estados lógicos fundamentais encontra-se ativo, com referência a um determinado circuito em análise: 

Nível baixo = Lógica 0 
Nível alto = Lógica 1 
Circuito Flutuante ou Desconhecido 

A fim de detectar prováveis erros do circuito, normalmente precisamos determinar seus níveis lógicos ponto a ponto. Para tanto, munidos de nossa ponta de prova, podemos acompanhar o circuito digital bem como seu esquema lógico, com o objetivo de pesquisar os variados níveis e os correspondentes erros. 
A forma mais correta de seguir um determinado circuito é marcar os níveis corretos em cada ponto do esquema, segui-Io com o medidor e simultaneamente ir comparando os resultados achados com os resultados marcados anteriormente. 

Abaixo um pequeno exemplo (Fig. 1):


Suponham que as entradas A, B, C, D e E tenham os valores de seus níveis lógicos de acordo com os valores do esquema sugerido. 
Conseqüentemente a saída X deverá ser O. Se O não for o valor encontrado, torne a pesquisar o circuito e constate em que parte dele houve o "erro". 
Para que serve o estado flutuante? 
1- Serve para nos indicar se aquele determinado ponto está conectado ou não a outro circuito. 
2- Serve ainda para nos indicar se a ponta do nosso medidor está ou não encostada no circuito lógico. Isto porque muitas vezes, encostamos a ponta do medidor numa das "patas" do circuito integrado e não é causada nenhuma função. 
Agora, vela a pena uma dica. Às vezes uma pequena camada de óxido sobre as "patas" do circuito integrado, isolam-nas ligeiramente, impedindo que qualquer ponta lógica estabeleça medições. Ocorrendo este fato, esfreguem a ponta lógica, vigorosamente, até que ela faça contato e forneça o valor do nível medido. 
Outra dica: um mau contato no soquete do CI, mantem desligada a "patinha" no circuito integrado. 
Nossa ponta lógica ainda serve para lembrar aos "esquecidos" aquela determinada "patinha" que ficou sem solda. 

VANTAGENS 

Trata-se de uma peça única, de reduzi­do tamanho o que nos permite ocupar apenas uma das mãos para operá-Ia enquanto que a outra mantém-se livre. 
Essa vantagem não nos oferece os osciloscópios, voltímetros e outros analisadores digitais. Normalmente, são instrumentos que estão sempre dividindo nossa atenção entre uma das mãos pes­quisando o circuito através da ponta de prova e a outra procurando ajustar o instrumento. É nesse exato momen­to que nos descuidamos, provocando curtos homéricos entre as "patinhas" do circuito integrado e ganhamos o apelido de "Zé do Curto". 
Para finalizar, não podemos omitir sua principal vantagem, ou seja,nossa ponta de prova é isenta de pilhas ou outra forma de alimentação qualquer, o que lhe proporciona incrível leveza e facilidade de manuseio. 
A tensão de alimentação que a torna ativa é "chupada" do circuito analisado. 

CIRCUITO 

Abaixo o diagrama lógico do circuito completo. Está dividido em duas partes: 

1- Detector de níveis lógicos. 
2- Oscilador. 

Verifique figura 2 


1- O detector de níveis lógicos é formado pelos inversores D, E e F; pelos resistores R4 e R5; pelos LEDs D1 e D2 e loqicamente a ponta de prova.
O LED D1 permanece aceso enquanto a ponta de prova estiver a nível 0 (baixo). 
O LED D2 permanece aceso enquanto a ponta de prova estiver a nível 1 (alto). 

2- O oscilador é formado pelos inversores A, B e C, pelos resistores R 1 e . R2 e pelo capacitor C1. 
Sua função é obrigar a ponta de prova oscilar e nunca flutuar. Esta característica de funcionamento nos permite saber quando a ponta de prova está encostada em algum ponto a nível lógico 0 ou 1. 

CD4049 

O CD 4049 é composto por 6 inversores lógicos numa única pastilha de 16 pinos. A diferença principal do inversor 4049 em relação aos outros da família CMOS, está no fato de que estes são considerados normais em relação a potência do 4049. 

Particularmente, é um CI de potência considerável, aceita corrente de saída muito maior e por esse motivo é utilizado para alimentar diretamente lâmpadas, relés, LEDs e outros dispositivos que exigem altas correntes. 

Sua função lógica é bastante simples e pode ser resumida da seguinte forma: 

INVERTE O ESTADO LÓGICO 

Entra O e sai 1. 

Entra 1 e sai O. 

Seu diagrama lógico

FUNCIONAMENTO


A ponta de prova desconectada de qualquer ponto do circuito, põe o oscilador em funcionamento livre, enviando através de R3 uma freqüên­cia na ordem de 10 Hz, em direção a parte do circuito que detecta os níveis lógicos, composta por D, E e F. Os LEDs D1 e D2, oscilam na mesma freqüência do oscilador, por isso os LEDs cintilam rapidamente. 
Ao introduzirmos um nível baixo na ponta de prova, o sinal do oscilador é automaticamente cancelado. Conseqüentemente um nível O no pino 3 induz nível 1 no pino 2, bem como nível O no pino 4. Nesse momento o LED D1, indicador de nível O, acende. 
Retirada a ponta de prova do nível O, o oscilador é desbloqueado e os LEDs continuam a cintilar. 
Um nível alto na ponta de prova, can­cela o sinal do oscilador. 
Conseqüentemente o nível 1 do pino 7 é transformado em nível 0 do pino 6. 
Nesse momento o LED D2, indicador de nível 1, acende. 

Retirada a ponta de prova do circuito, os dois LEDs começam a oscilador.

Viram como é simples!







MONTAGEM 

Quanto à montagem não há mistérios. Utilizem-se de circuito impresso. A totalidade dos componentes tais como: o circuito integrado, resistores, capacitores e LEDs; adaptam-se perfeitamente a placa de circuito impresso. 
Soldem todos os componentes de acordo com o desenho da figura 4 e seu medidor estará pronto. 
Apenas 3 fios saem da placa. Um deles deverá ser soldado na ponta de prova e os outros dois deverão receber em suas respectivas extremidades duas garras jacaré. Posteriormente essa dupla de fios será conectada ao circuito em pesquisa, a fim de "puxar" a força necessária para alimentar o medidor. 
Muita atenção na hora dessa conexão de garras, pois inversão de ligação sai "fumacinha". Tenha certeza da polaridade dos fios. Se positivo procure fazê-lo com fio vermelho; se negativo faça-o com fio preto. Essa sugestão pode Ihes parecer "tola" mas procurem não ignorá-Ia. 
Uma vez montada a placa, coloque-a dentro de uma caixa plástica (tipo caneta, vidro de remédio, de preferência de forma cilíndrica). 
Previamente, providenciam 2 pequenos furos no corpo da caixa, a fim de introduzirem os dois LEDs de maneira que permaneçam perfeitamente visíveis. 
Da tampa deverão sair os 2 fios munidos das garras jacaré. 
Utilizem-se da outra extremidade da caixa para conectar uma ponta de prova de um voltímetro convencional. São encontradas facilmente nas lojas do ramo, são vendidas a granel e já possuem rosca externa o que facilita sua fixação na caixa (Figura 5). 

Detalhes de Montagem: 

Particularmente, recomendamos conectar o CD 4049 sobre um soquete de 16 pinos. De preferência evitem soldá-Io diretamente a placa. Disso decorre duas vantagens: 
1- Possibilita a troca do circuito integrado no caso de eventuais defeitos. 
2- Vocês poderão aproveitar o mesmo circuito integrado, utilizando-o na montagem de outros eventuais cir­cuitos. 

AJUSTE, OPERAÇÃO E RECOMENDAÇÕES 

1- Confiram a polaridade das garras jacaré, LEDs e capacitores. 
2- Confiram a posição correta de encaixe do circuito integrado.
3- Constatem a ausência de curtos na placa de circuito impresso. 
4- Confiram se todos os pontos necessários, estão cobertos de solda. 
5- Conectem as garras jacaré a uma fonte de 3 a 18 volts. 
6- Observem se ambos os LEDs piscam tão rapidamente a ponto de parecerem estar acesos. 
7- Encoste a ponta de prova na garra jacaré preta. Deverá acender LED verde e apagar o vermelho. 
8- Encoste a ponta de prova na garra jacaré vermelha. Deverá acender o LED vermelho e apagar o verde. 
9- Ocorrendo algum inconveniente de funcionamento, desliguem imediatamente a fonte de alimentação e reconfiram as ligações. 
10- Se todas as ligações estiverem perfeitas e o circuito ainda não funcionar, verifiquem se a fonte de alimentação está operando na faixa de 3 a 18 volts. 
11- Persistindo o defeito, substitua o circuito integrado. 
12- Depois de todas essas medidas se o circuito continuar inoperante, procurem se munir de muita calma. 
Recomecem tudo de novo. Vocês não estarão perdendo nada, muito pelo contrário, estarão adquirindo experiência, o que é muito importante em Eletrônica. 
Nosso instrumento deverá acusar nível alto acendendo o LED vermelho e apagando o verde. 
Deverá acusar nível baixo apagando o LED vermelho e acendendo o verde. 
Com a ponta de prova desconectada, os dois LEDs piscarão rapidamente. O mesmo ocorre quando encostamos a ponta em algum ponto de mau contato ou ainda desconectado de outro ponto. 
Fazemos votos que este primeiro de uma série de artigos, tenha cumprido nossos objetivos, trazido horas agra­dáveis eletronicamente falando, bem como enriquecido o conhecimento técnico de todos vocês. 




LISTA DE MATERIAL

Semicondutores 
Um circuito integrado CD-4049. 
Um LED vermelho. 
Um LED verde. 

Resistores 
Um resistor de 10 K - 1/8 watt. 
Um resistor de 120 K - 1/8 watt. 
Um resistor de 330 K - 1/8 watt. 
Dois resistores de 470.- 1/8 watt. 

Capacitor 
Um capacitor de 1 microfarad. 

Diversos 
Uma placa de circuito impresso.
Uma ponta de prova (explicação no texto). 
Uma caixa plástica (tipo caneta, de preferência cilíndrica). 
Uma garra jacaré preta. 
Uma garra jacaré vermelha. 

PS.: Eu montei esse circuito e o uso há muitos anos (ver fotos acima) e funciona perfeitamente. Muito tem me ajudado nos meus projetos e manutenções com circuitos digitais. Vale a pena montá-lo, embora simples, é de muito utilidade.
Boa sorte a quem decidir montá-lo, principalmente os iniciantes nessa fascinante eletrônica digital.

Um abração.
Eng. Amauri Oliveira

Um comentário:

Unknown disse...

Boa noite, excelente postagem! O senhor poderia postar também o desenho da PCI?