Medindo tensões com o multímetro (INS207)

Escrito por Newton C Braga

Os multímetros comuns não se destinam especificamente à medida de tensões de alta frequência como as geradas por osciladores e pequenos transmissores. No entanto, com a utilização cada vez maior destes circuitos em aplicativos comuns, chega o momento em que o multímetro pode ser solicitado a realizar este tipo de medida. Empregando alguns recursos simples isso é possível, e neste artigo veremos como.

Na medida de tensões alternadas os multímetros utilizam diodos internos para fazer a retificação. Todavia, estes diodos apresentam dois problemas básicos que impedem o uso do instrumento na medida de baixas tensões e, principalmente, de sinais de altas frequências.

A primeira limitação está no uso de diodos comuns de baixa velocidade de resposta, que não funcionam apropriadamente quando vamos trabalhar com sinais de frequências elevadas.

A segunda está na barreira de potencial destes diodos que faz com que a escala de baixas tensões alternadas perca sua linearidades com valores abaixo de 1 V, veja exemplo na figura 1.

 

As escalas de tensões alternadas tem uma faixa não linear devido ao diodo retificador.
As escalas de tensões alternadas tem uma faixa não linear devido ao diodo retificador.

 

De fato, os diodos começam a conduzir com alguns milésimos de volt e sua condutividade aumenta gradualmente, apresentando seu ponto de máximo bem acima dos 100 ou 200 mV conforme o tipo usado (figura 2).

 

Os diodos de germânio começam a conduzir antes dos diodos de silício.
Os diodos de germânio começam a conduzir antes dos diodos de silício.

 

Uma maneira melhor de se trabalhar com um multímetro na medida de tensões de altas frequências é utilizar a escala de tensões contínuas (que sabemos ser linear) e um circuito externo conheçamos cujas características.

Assim, temos duas possibilidades:

A primeira consiste no uso de um detector simples que pode ter uma das duas configurações ilustradas na figura 3.

 

Detectores simples para medir RF com multímetro. O resistor de 50 a 75 ? é usado para medidas de potência.
Detectores simples para medir RF com multímetro. O resistor de 50 a 75 ? é usado para medidas de potência.

 

Este diodo apresenta uma certa linearidade acima dos 300 mV se for usado um diodo de silício de pequenos sinais Schottky como o 1N5711 e da ordem de 50 mV, caso seja um diodo de germânio de pequeno sinais como o conhecido 1N34 ou equivalentes.

Na figura 4 observamos a curva de reposta deste circuito que deve usar capacitores cerâmicos, e se aplica a um multímetro que tenha uma resistência de entrada de pelo menos 10 M ?.

 

Resposta do circuito com um diodo rápido (Schottky).
Resposta do circuito com um diodo rápido (Schottky).

 

Veja que, para os multímetros de menor resistência de entrada como os tipos analógicos sem FET no circuito de entrada, o detector é carregado, sendo alterada sua curva de resposta de modo significativo.

Uma segunda possibilidade para se poder linearizar a resposta do circuito e trabalhar com baixas tensões compensando o offset do detector, é a apresentada na figura 5.

 

Compensando o
Compensando o "offset" do diodo com um circuito externo.

 

Neste caso, o que se faz é utilizar uma bateria (pilha) externa que ajude a polarizar o diodo, levando-o próximo ao ponto de condução, de modo que a curva seja deslocada conforme ilustra a figura 6.

 

Deslocando a curva de (a) para (b) pelo ajuste de P1.
Deslocando a curva de (a) para (b) pelo ajuste de P1.

 

Deve-se usar o resistor ajustável para levar o diodo perto do ponto de condução. Não podemos indicar um resistor fixo para esta função, pois seu valor depende tanto do tipo de diodo usado quanto das características específicas de cada componente.

Na figura 7 mostramos uma versão diferencial do circuito na qual temos dois resistores no circuito em lugar de um, visando evitar a captação de sinais espúrios e operar com um equilíbrio melhor na medida.

 

Versão diferencial para maior precisão de medida.
Versão diferencial para maior precisão de medida.

 

É importante notar que, em se tratando da medida de tensões de RF muito baixas num circuito de elevada resistência de entrada e, portanto muito sensível, os terminais e os fios de ligação do circuito detector devem ser os mais curtos possíveis.

Uma prova importante para saber se existe sinal de RF sendo captado pelo circuito detector é inverter as pontas de prova e fazer uma nova leitura. As duas leituras devem coincidir para um circuito que não esteja captando sinais externos.

Para operar com multímetros de baixa impedância existe a possibilidade de se fazer um detector com amplificador operacional.

Um circuito para esta finalidade é apresentado na figura 8, onde precisamos de uma fonte simétrica de 9 a 15 V.

 

Circuito sem casamento de impedância usando um amplificador operacional.
Circuito sem casamento de impedância usando um amplificador operacional.

 

A saída de baixa impedância possibilita o emprego de multímetros comuns na medida de sinais de RF.

Observe que a realimentação é proporcionada por um diodo de modo a obter-se maior ganho com sinais de pequena intensidade, linearizando assim o comportamento do diodo que, conforme vimos, não é linear com pequenos sinais.