O circuito apresentado permite medir o ângulo de defasagem entre dois sinais senoidais de baixa frequência com uma precisão melhor do que 1% o que o torna interessante para aplicações industriais e de controle.
Com o circuito apresentado é possível obter na saída uma tensão diretamente proporcional ao ângulo de defasagem de dois sinais senoidais dentro da faixa de 1 kHz até aproximadamente 200 kHz.
Um multímetro digital ou ainda qualquer módulo indicador digital de tensões como os que fazem uso do circuito integrado ICL7107 podem ser usados para se obter a partir deste circuito um excelente indicador digital de defasagem entre sinais com aplicações industriais e em instrumentação. Com um indicador de 3 e 1/2 dígitos é possível ter uma resolução de 0,1 graus.
O circuito é alimentado com duas fontes (uma comum de 5 e uma simétrica de 15 V) e tem um consumo bastante baixo.
COMO FUNCIONA
São usados dois comparadores de tensão LM311 que a partir dos sinais senoidais de entrada excitam com sinais retangulares flip-flops do tipo D (4013) obtendo-se então as formas de onda mostradas na figura 1.
Conforme podemos observar, os sinais das saídas dos flip-flops são defasados de acordo com os sinais senoidais aplicados na entrada de modo que da sua combinação resulta na saída um trem de pulsos cuja largura é proporcional à sua defasagem.
Quando mais defasados estiverem os sinais, maior será a largura dos pulsos de saída que então podem ser aplicados a um circuito indicador.
Integrando-se estes pulsos podemos então ter uma tensão proporcional à defasagem com boa precisão.
Com um circuito apropriado de medida, como por exemplo o que faz uso de um multímetro digital ou ainda um módulo de 3 e 1/2 dígitos podemos inclusive agregar uma chave que dê duas faixas de leitura, com maior precisão nos pequenos ângulos.
Isso justamente é feito no nosso projeto que então passa a ter duas faixas de tensões de saída selecionáveis.
A precisão da tensão de saída nas indicações vai depender da calibração.
MONTAGEM
Na figura 2 temos o diagrama completo do medidor de fase.
A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 3.
A rede de resistores na entrada do circuito tem seus valores escolhidos de acordo com a tensão de entrada. Os valores indicados são para uma tensão de entrada de 6 Vrms que pode ser do circuito analisado com facilidade.
Os capacitores de 100 nF devem ser montados os mais próximos possíveis dos pinos de alimentação dos comparadores.
Na figura 4 temos uma sugestão de fonte de alimentação para este circuito a qual, com apenas um transformador fornece as três tensões que ele necessita para sua alimentação.
AJUSTE E USO
Para ajustar o circuito deve-se utilizar dois circuitos que forneçam sinais defasados como referência.
Uma vez feito o ajuste para as leituras desejadas nas duas faixas ou em uma delas se a outra não for necessária, basta utilizar o circuito.
Observamos que não deve ser aplicada na entrada dos comparadores tensão senoidal de pico maior do que a usada na sua alimentação.
LISTA DE MATERIAL
Semicondutores:
CI-1, CI-2 - LM311 - comparadores de tensão - circuitos integrados
CI-3 - 4013 - Circuito integrado CMOS - duplo flip-flop tipo D
Resistores: (1/8W, 5%)
R1, R2 - 47 k ohms
R3, R4 - 10 k ohms
R5, R6 - 2,2 k ohms
P1, P2 - 1 k ohms - trim pots
Capacitores:
C1, C2, C3, C4 - 100 nF - cerâmicos
C5 - 10 uF/12 V - eletrolítico
Diversos:
Placa de circuito impresso, material para fonte de alimentação, fios, solda, etc.