Faltam-lhe recursos para adquirir um laboratório para treinamento nas técnicas digitais? Aqui está a solução: um projeto progressivo, que trarei sempre em posts alternados. Aos poucos você vai possuindo um laboratório digital versátil, e estará plenamente familiarizado com as técnicas digitais básicas!
Quanto à sua construção, vai depender da sua criatividade, eu mesmo tinha construído um quando trabalhava na Thyssen, no setor de Instrumentação Eletrônica. Inclusive ele foi muito importante no meu projeto final da faculdade. Ao sair da empresa, deixei o módulo para o pessoal que lá ficou, pois seria muito útil para eles.
Você pode montá-lo numa caixa de madeira, e no interior colocar os módulos. Na parte de cima, iria os leds, chaves, protoboard, etc. Fica por sua conta o capricho da montagem.
APRESENTAÇÃO
Os Circuitos Lógicos constituem um dos ramos mais importantes da Eletrônica de hoje, e mais ainda, a do futuro. - tal a sua vinculação com a Informática, que tanto desenvolvimento vem experimentando ultimamente.
Todavia, as técnicas digitais não podem ser aprendidas apenas "no papel"; elas requerem prática de bancada. E como se torna trabalhosa a comprovação de um circuito, ainda que simples, se não dispusermos de acessórios, tais como monitores de níveis lógicos, geradores de pulsos, e outros mais!
Foi pensando nisto que resolvi preparar esta série de posts, com montagens progressivas, com vista tanto ao campo didático como à realização de projetos e à comprovação de circuitos. Elas darão origem ao que chamo de "Lab Digital", constituído dos principais dispositivos auxiliares utilizados na verificação e desenvolvimento de circuitos lógicos mais complexos.
O QUE É NECESSÁRIO PARA REALIZAR EXPERIÊNCIAS EM ELETRÔNICA DIGITAL?
O motivo que me levou a construir este laboratório portátil foi o de reunir em um só local diversos circuitos que são sempre solicitados durante a execução de experiências com circuitos lógicos.
Assim, nosso projeto começou com a elaboração de uma lista, onde incluí o que julgava mais importante. É bem verdade que os dispositivos que irei descrever não podem ser considerados como o que há de mais "completo", em termos de suprir um laboratório de Eletrônica Digital. Entretanto, conciliei custo versus exequibilidade, pois, caso contrário, tal tipo de empreendimento tornar-se-ia um "saco sem fundo".
Desta forma, procurei selecionar aquilo que me pareceu realmente o mínimo necessário para que o custo total do Lab não ficasse muito alto.
Nosso Lab será dotado de uma plaqueta de montagens experimentais, tipo protoboard, o que permitirá realizar as montagens com rapidez, dispensando o soldador (ferro de solda) e, o que é bem interessante, podendo reaproveitar os componentes em outros circuitos.
MÓDULO I - GERADOR DE ONDAS SENOIDAIS
Começamos com esse módulo do nosso Lab Digital, um gerador de ondas senoidais. Trata-se. sem dúvida, de um instrumento sempre útil na bancada do técnico e do experimentador.
Como sabemos. diversas são as maneiras de se gerar uma onda senoidal. 0 que a, princípio, me deixou em dúvida quanto ao circuito que deveria escolher para realizar esta tarefa. Um fato que não poderia ser esquecido é que fosse qual fosse o circuito adotado o mesmo deveria ser bem simples. de modo a manter o custo o, mais baixo possível e permitir a montagem em uma placa de 5 X 10.
Assim, tendo em mente estes princípios, terminamos por adotar um circuito clássico, como base do nosso projeto, e que na sua versão original utiliza dois amplificadores operacionais.
Entretanto, queremos ressaltar que tal circuito serviu apenas de base, pois, na verdade como veremos mais adiante, o circuito final foi construído com inversores CMOS, e não com os amplificadores operacionais da versão clássica.
Comecemos por analisar a configuração básica do circuito que nos serviu de "inspiração", a qual aparece na Fig. 1. Como veremos, trata-se de um circuito capaz de gerar uma onda quadrada e uma triangular, através da integração da primeira.
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| Fig.1 - Circuito básico de um gerador de ondas quadradas e triangulares, utilizando dois amplificadores operacionais |
Ora, e onde está a senóide?
Eis que esta parece ser realmente uma pergunta .cabível, pois dissemos no início do artigo que íamos construir um gerador de ondas senoidais. Na verdade, a senóide será conseguida através de um artifício, que veremos mais adiante.
Ocorre que, ao utilizarmos este circuito, acabamos ganhando, '''de quebra" uma onda triangular e uma quadrada, além da senóide, , , é claro!
Para começar, vejamos como funciona nosso circuito básico da Fig. 1.
A onda quadrada é gerada por A1, R2, R e C; esta é, então integrada pelo circuito integrador formado por A2, R e C, que, assim, transforma a onda quadrada em uma triangular. A freqüência do sinal gerado pode ser calculada pela fórmula:
F = (1 / 4 RC) x (R2 / R1)
Vejamos, agora, na Fig, 2, qual foi o artifício utilizado para se chegar até a onda senoidal. Nesta figura observa-se que a onda triangular foi aplicada a circuito simples, formado por dois diodos em antiparalelo. Assim, as pontas" da onda triangular serão arredondadas graças à curva característica dos diodos, finalmente, para melhorar o aspecto da senóide obtida por este expediente, colocamos um resistor de 5,6 k em paralelo com saída, servindo-Ihe de carga.
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| Fig.2 - Circuito que permite, a partir de ondas triangulares, obter ondas senoidais quase perfeitas |
CIRCUITO DEFINITIVO
Em nosso circuito final resolvemos não utilizar amplificadores operacionais, porque isto exigiria uma fonte de alimentação de dupla tensâo simétrica e, embora esta fonte se ache presente em nosso Lab, isto traria um pouco de complicação caso algum leitor desejasse utilizar este módulo para uma outra aplicação.
Surgiu, então a idéia de empregar portas inversoras CMOS que poderiam funcionar a contento, e que trariam a vantagem de solicitar pouca corrente da fonte (no protótipo a corrente medida não chegou a 2 mA). Além disso. observando o circuito básico da Fig.1, notamos que somente A2 funciona corno inversor. Portanto, em nosso circuito definitivo. A1 deveria ser substituído por dois inversores em série. Logo, iríamos precisar de três inversores ao todo.
De posse de todas estas idéias, redesenhamos o circuito que tomou o aspecto visto na Fig.3. Entretanto. algumas coisas ainda precisavam ser acrescentadas a ele tais como um controle de frequência, um controle de nível, um ajuste de simetria e outro de distorção.
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| Fig.3 - Variante do circuito da fig.1, em que os amplificadores operacionais foram substituídos por inversores, e onde inclui-se o circuito da fig.2 para a obtenção das ondas senoidais. |
Juntando tudo isto obtive finalmente o circuito que é visto na Fig.4 no qual utilizamos o CD4007 aproveitando a configuração que nos permite conseguir com ele três inversores.
Como vemos na Fig.4, foi acrescentado ao circuito final um estágio de saída constituído por um transistor npn em emissor comum proporcionando assim, baixa impedância de saída. Quanto ao capacitor C8 ligado em paralelo com o resistor de polarização de base (R11) este tem por finalidade remover uma oscilação espúria que apareceu no protótipo e que modulava o sinal de saída.
Outra observação é com relação à chave CH1, que serve .para mudar a faixa de operação; notamos que tal chave tem seis posições e apenas cinco capacitores foram ligados a ela; isto porque para sexta posição, que corresponderá à de frequências mais altas, o valor do capacitor deveria ser da ordem de 1 pF e, portanto, o simples espaço entre os terminais da chave já é suficiente para atuar como um capacitor com este valor.
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| Fig.4 - Desenho do circuito impresso para a montagem do Gerador de Ondas Senoidais. A plaqueta mede 5x10cm. |
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| Fig.5 - Situação dos componentes sobre a plaqueta da fig.4 |
Semicondutores
CI1 - CD4007
TR1 - BC239
D1 a D4 - IN4148, IN914 ou equivalente
Resistores (1/4w, 10%)
R1 - 220K
R2 - 100K
R3 - 2,2M, potenciômetro linear
R4 - 2,2M, potenciômetro miniatura (trimpot)
R5 - 1K, potenciômetro miniatura (trimpot)
R6, R8 - 100
R7 - 5,6K
R9 - 1K, potenciômetro miniatura (trimpot)
R10 - 22K
Capacitores
C1, C2 - 0.1uF, 250v, poliester metalizado
C3 - 0.01uF, 250v, poliester metalizado
C4 - 0.001uF, 250v, poliester metalizado
C5 - 100pF, 50v, styroflex
C6 - 10pF, 100v, cerâmica, disco
C7, C9 - 10uF, 12v, eletrolítico
C8 - 470pF, 100v, cerâmica, disco
C10 - 33uF, 12v, eletrolítico
Diversos
CH1 - Chave de um pólo e seis posições
Plaqueta de circuito impresso, etc
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