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Frequencímetro com o multímetro (INS254)

O projeto que apresentamos neste artigo converte a escala de correntes de um multímetro numa escala de frequências. O circuito trabalha com sinais de pequena intensidade com frequências que vão até 1 MHz aproximadamente. Diversas alterações podem ser feitas no projeto de modo a possibilitar seu uso em aplicações como a medida de rotações por minuto, vibrações de peças, etc.

O frequencímetro ainda é um dos aparelhos cobiçados por muitos praticantes de eletrônica que tem um preço elevado demais para estar ao alcance de todos.

 Uma possibilidade interessante para os que não possuem este equipamento mas necessitam de um é montar um circuito que possibilite a medida de frequências de modo simples usando um instrumento que seja disponível na oficina.

 Nossa solução é justamente essa: converter frequência em corrente de modo a podermos usar um multímetro comum para este tipo de medida.

 O circuito proposto se baseia num monoestável TTL e inclui uma etapa transistorizada de entrada que possibilita a operação mesmo com sinais de pequena intensidade.

 Alguns componentes do circuito precisam ser experimentados já que seus valores vão depender das características do multímetro usado. Os ajustes são poucos e o circuito possui duas faixas selecionadas por uma chave.

 

Características:

* Tensão de alimentação 5 V (de fonte ligada à rede)

* Faixa de frequências: 100 kHz e 1 MHz

* Sensibilidade: 50 mV

* Saída: escala de 1 ou 10 mA do multímetro

* Ajustes: 2

 

COMO FUNCIONA

 Os sinais aplicados à entrada do circuito são amplificados por uma etapa contendo três transistores.

 Esta etapa leva os sinais a uma intensidade suficiente para excitar o circuito integrado 74121 que consiste num monoestável cujo tempo de nível alto na saída depende do ajuste dos potenciômetros P1 e P2 e dos capacitores C4 e C5.

 Estes componentes devem ser selecionados de acordo com a faixa de frequências a ser medida.

 A cada semiciclo positivo do sinal de entrada o monoestável dispara produzindo um pulso de saída de duração constante determinado justamente pela posição da chave S1 conforme a escala.

 Desta forma, na faixa de frequências a ser medida, altera-se a distância entre os pulsos conforme mostra a figura 1.

 

A largura dos pulsos é constante. Altera-se sua separação a com frequência.
A largura dos pulsos é constante. Altera-se sua separação a com frequência.

  

Isso quer dizer que a tensão média apresentada na saída depende da frequência dos pulsos, até o momento em que a distância entre eles se torna nula (o redisparo é imediato ao término de cada pulso) e que nos leva ao limite medido, conforme mostra a figura 2.

 

Na frequência máxima a tensão média se iguala à intensidade dos pulsos.
Na frequência máxima a tensão média se iguala à intensidade dos pulsos.

 

 O que se faz então é ligar esta saída a um integrador com um resistor limitador de tal forma que a corrente que circula por um multímetro ligado na carga seja proporcional à tensão média de saída.

Como a tensão média de saída depende justamente da frequência, podemos converter uma escala em outra. Em suma, podemos converter a escala de correntes DC em frequência ou mesmo uma escala de tensões DC em frequência.

Para fazer esta conversão de modo direto, basta escolher os valores de Rx apropriados e ajustar P1 ou p2 conforme a escala medida.

Os valores de Rx típicos estão na faixa de 470 Ω a 2,2 k Ω dependendo da escala do multímetro usado.

O capacitor Cx serve como um reservatório de energia impedindo que a corrente no multímetro oscile o que afetaria a leitura. Seu valor na faixa de 1 a 47 µF depende do valor de Rx e deve ser obtido experimentalmente.

A fonte de alimentação do circuito é feita com 5 V provenientes de um transformador, diodos, capacitores de filtro e um circuito estabilizador de três terminais.

 

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo do frequencímetro usando multímetro.

 

Diagrama completo do frequecímetro.
Diagrama completo do frequecímetro.

  

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.

 

Sugestão de placa
Sugestão de placa

 

 

 O transformador tem enrolamento primário de acordo com a rede de energia e secundário de 7,5 a 9 V com corrente entre 100 mA e 300 mA.

Os diodos admitem equivalentes assim como os transistores. Não será preciso montar o circuito integrado regulador de tensão em radiador de calor já que o consumo do aparelho é muito baixo.

Tensões mínimas de trabalho dos capacitores, tolerâncias dos resistores e dissipações são indicadas na lista de material..

Certa flexibilidade em alguns componentes é admitida podendo o leitor fazer experiências para obter o melhor desempenho.

O conjunto pode ser alojado numa caixa plástica que inclua a fonte de alimentação.

 

 

Para a entrada de sinais é usado um jaque.

Um cabo com plugue deve ser preparado para facilitar o uso.

Na extremidade deste cabo teremos uma garra jacaré ligada à malha e uma ponta de prova ligada ao condutor central.

Um LED indicador de funcionamento pode ser incluído na saída da fonte. Ligue-o em série com um resistor limitador de 470 Ω.

 

 

AJUSTE E USO

Para ajustar o circuito será conveniente ter uma fonte de sinais de frequência conhecida.

Se não for possível contar com um gerador de sinais o leitor pode usar a própria frequência da rede, conforme mostra a figura 5.

 

Usando a frequência da rede para ajustar o circuito.
Usando a frequência da rede para ajustar o circuito.

 

 O circuito indicado serve como fonte de 60 Hz servindo para calibrar a escala mais baixa de frequências.

Coloque a chave S1 na posição que conecta C4 e ajuste P1 para ler na escala do instrumento um valor que corresponda à frequência.

Por exemplo, numa escala de 0 a 10 mA com um resistor de 470 Ω para Rx a corrente deve ser da ordem 0,6 mA.

Será conveniente fazer o ajuste com uma fonte precisa de 10 kHz para se obter melhor desempenho.

Esta fonte de maior frequência será importante para fazer a calibração da escala mais alta.

Para usar basta conectar a fonte de sinal na entrada e escolher a escala que possibilite a leitura desejada.

 

 

Semicondutores:

CI-1 - 74121 - Monoestável TTL, circuito integrado

CI-2 - 7805 - Regulador de tensão, circuito integrado

Q1, Q2 - BC548 ou equivalente - transistores NPN de uso geral

Q3 - BC557 ou equivalente - transistor PNP de uso geral

D1 - 1N4148 ou equivalente - diodo de uso geral

D2, D3 - 1N4002 ou equivalente - diodo retificador

Resistores: (1/8 W, 5%)

R1 - 270 k Ω

R2 - 220 k Ω

R3, R7 - 4,7 k Ω

R4 - 680 Ω

R5 - 1,8 k Ω

R6 - 100 k Ω

R8 - 5,6 k Ω

R9 - 10 k Ω

Rx - 470 Ω a 4,7 k Ω - ver texto

P1, P2 - 47 k Ω - trimpots

Capacitores:

C1, C3 - 220 nF - cerâmico ou poliéster

C2 - 47 µF/6 V - eletrolítico

C4 - 470 pF - cerâmico

C5 - 4,7 nF - cerâmico ou poliéster

C6 - 100 nF - cerâmico

C7 - 1 000 µF/6 V - eletrolítico

C8 - 1 000 µF/16 V - eletrolítico

Cx - 1 a 47 µF - eletrolítico para 6 V ou mais

Diversos:

S1 - Chave de 2 pólos x 2 posições

T1 - Transformador com primário de acordo com a rede e secundário de 9+9 V com 100 a 350 mA

S2 - Interruptor simples

F1 - 1 A - fusível

Placa de circuito impresso, caixa para montagem, jaque de entrada, radiador de calor para CI-2, multímetro comum, cabo de força, suporte de fusível, fios, solda, etc.

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

Opinião

Terminando mais um ano (OP198)

Estamos chegando ao final de mais um ano de muito trabalho. Não temos que nos queixar de nossas realizações. Fizemos muito e constatamos que temos ainda muito mais por fazer. Os 365 dias de 2019 não foram suficientes para colocarmos em prática todas as nossas ideias, muitas das quais ficaram para o próximo ano.

 

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