VCO TTL (ART316)

Descrevemos um circuito simples que pode ser usado para gerar sinais TTL controlados em frequência a partir de uma tensão de entrada. Este circuito tem uma faixa de controle de frequências de 1000:1 quando a tensão de controle varia de 0 a 10 volts. Outra característica importante deste circuito é a sua frequência máxima que pode chegar aos 50 MHz.

Um oscilador controlado por tensão usando componentes TTL pode ser necessário em algum tipo de projeto. Se o leitor já precisou deste tipo de circuito ou ainda precisa, descrevemos neste artigo uma configuração que pode ser de grande utilidade. Esta configuração foi adaptada de uma publicação francesa que consiste na realidade de uma coletânea de projetos enviados pelos leitores. É como a nossa Fora de Série em que leitores enviam sugestões de aplicações de circuitos por eles desenvolvido. A idéia que pode ser muito útil para nossos leitores nos chamou a atenção de modo a retirarmos a configuração básica que agora levamos aos nossos leitores, é claro, citando a fonte.

Dentre as possíveis aplicações para um oscilador TTL controlado por tensão podemos citar:

* Medida de tensões usando um frequencímetro TTL.

* Conversão de grandezas analógicas como resist6encias, temperaturas ou intensidades de luz em frequência para seu processamento por meio de circuitos TTL.

* Instrumentos musicais eletrônicos.

O oscilador pode utilizar tanto circuitos integrados TTL comuns (standard) como da série S e LS. Os da série standard, entretanto terão uma frequência máxima bem menor que os 50 MHz, chegando apenas aos 15 MHz.

COMO FUNCIONA

O circuito tem por base um oscilador com portas NAND disparadoras que são ligadas como inversores. O transistor Q2 é ligado como um seguidor de emissor na entrada da primeira porta de modo a aumentar sua resistência de entrada e com isso permitir o uso de resistores de realimentação de valores elevados. No caso, o resistor pode ter um valor tão alto como 2,2 M ? (R4).

O transistor Q1 funciona como etapa de controle de frequência, funcionando como um resistor de realimentação variável em paralelo com R4. Assim, quando Q1 conduz, diminuindo a resistência de realimentação a frequência do oscilador que é determinada por R4 e também por C3 aumenta.

O controle desta frequência é então feito por uma tensão aplicada a base deste transistor via R1 e R2.

A duração dos pulsos produzidos pelo oscilador depende basicamente do tempo de propagação do sinal pelas portas disparadoras. Para os tipos standard este tempo é da ordem de 30 ns assim como da série LS. No entanto para os da série S este tempo é de 15 ns.

Para se obter um sinal com ciclo ativo de 50% é usado um flip-flop com as duas outras portas do mesmo integrado, de modo a funcionar como um divisor por 2.

Assim, para um sinal de 30 MHz gerado no oscilador temos uma saída de 15 MHz nesta etapa. Caso o leitor não se importe com o fato do circuito gerar sinais retangulares e puder trabalhar com pulsos em sua aplicação, a saída pode ser obtida no pino 6 do circuito integrado que é a segunda porta depois do oscilador.

O diodo e C3 proporcionam uma realimentação de controle de modo a se obter um funcionamento mais estável para a etapa de entrada.

O resistor R1 determina a faixa de tensões de controle e o valor dado é para a faixa de 0 a 10 volts. Alterações podem ser feitas conforme a aplicação.

É importante observar que a curva de resposta do circuito não é linear o que quer dizer que não temos um controle de frequência exatamente em correspondência direta com a tensão de entrada.

MONTAGEM

Na figura 1 temos o diagrama completo do oscilador.

Diagrama do VCO TTL

Este é o tipo de circuito que não deve ser usado sozinho na maioria dos casos, mas sim fazer parte de algum projeto mais elaborado. No entanto, se os leitores quiserem montá-lo numa placa, na figura 2 temos uma sugestão de disposição de componentes para esta finalidade.

Placa de circuito impresso do VCO TTL

Os resistores são todos de 1/8W ou maiores e os capacitores devem ser cerâmicos de boa qualidade. As ligações entre os componentes devem ser bem curtas, principalmente nas frequências mais elevadas e eventualmente devem ser ligados capacitores de 10 nF entre os pinos de alimentação do integrado de modo a se evitar instabilidades.

Instabilidades também podem ocorrer com integrados LS nas frequências mais altas exigindo a colocação dos resistores R5 e R6 no circuito.

Os transistores devem ser os indicados, principalmente Q2 que deve ser da série C pois necessita-se de um ganho alto neste ponto do circuito.

O diodo admite equivalentes.

PROVA E USO

Para provar podemos usar uma fonte variável na entrada ou mesmo um potenciômetro como divisor de tensão. Na saída ligamos um frequencímetro.

Dependendo da aplicação pode ser interessante levantar a curva de resposta do circuito. Alterações em C2 podem ser feitas em função da frequência de operação desejada.

Nas frequências mais elevadas pode ser necessário diminuir C4 e C5 para se obter mais estabilidade e nas frequências muito baixas estes capacitores podem precisar de um aumento de valor.

Comprovado o funcionamento é só usar o circuito.