Três osciladores para o projetista (ART620)

Neste artigo bastante recente descrevemos três circuitos de grande utilidade que, pelos componentes usados, podem ser montados com muita facilidade sem muito gasto. Os circuitos descritos podem ser tanto usados como parte de projetos mais complexos como para ensino de tecnologia e em cursos técnicos.

Os osciladores são utilizados numa grande quantidade de projetos. Se bem que seja relativamente simples conseguir configurações para as mais diversas aplicações, muitos leitores preferem partir de circuitos prontos, ganhando com isso tempo precioso para seus projetos. Neste artigo damos algumas configurações de osciladores que podem ser de grande utilidade para os nossos leitores.

GERADOR DE ALTA FREQUÊNCIA ECONÔMICO

Osciladores de altas frequências podem ser necessários em diversos tipos de aplicações industriais e de consumo como por exemplo em instrumentação, bancada de testes e justes, etc. Também são importantes os osciladores deste tipo para reparar aparelhos de rádio AM ou FM, receivers, sintonizadores, intercomunicadores, e outros. Um gerador de sinais capaz de produzir sinais de altas frequências com boa intensidade é indispensável. O aparelho que descrevemos neste artigo produz um sinal de boa intensidade numa ampla faixa de frequências e é modulado com um tom de áudio, o que facilita bastante sua utilização que exigem sinais deste tipo. Se o leitor ainda não tem um gerador de sinais de pequeno porte ou mesmo um injetor de sinais, não pode perder esta oportunidade para contar a partir de agora com a ajuda deste tipo de equipamento. Por outro lado se precisam de um circuito estável para geração de altas frequências, esta configuração pode ser de grande utilidade.

Um processo simples, rápido e eficiente de se encontrar problemas em receptores de rádio AM e FM, intercomunicadores e outros equipamentos de comunicação, é aplicar na sua entrada um sinal de RF. Pela maneira como este sinal ‚ reproduzido no alto-falante (ou fone) podemos localizar os estágios defeituosos. Este mesmo sinal também pode ser útil para a realização de ajustes nas diversas etapas de equipamentos do mesmo tipo levando-o a um melhor desempenho.

Em muitos artigos temos explicado como proceder para utilizar o injetor de sinais que, em princ¡pio, é o mesmo procedimento usado para o caso de um pequeno gerador de sinais, o que significa que o leitor tem várias referências sobre este assunto.

O importante para o leitor agora é ter seu pequeno gerador, na versão econômica que apresentamos neste artigo ou usar a configuração básica de oscilador de alta frequência para outras apicações.

O circuito apresentado é basicamente um gerador de áudio mas que tem por carga uma bobina sintonizada em uma frequência elevada, ou ainda um choque de RF que permite que as harmônicas de altas frequências do sinal gerado passem para os aparelhos externos em teste. Estas frequências podem atingir valores que inclusive permitem sua utilização com equipamentos de ondas curtas VHF e mesmo FM.

A alimentação do circuito é feita com pilhas comuns e apenas dois transistores são usados. O sinal forte pode ser transmitido sem fio à receptores que estejam colocados nas proximidades.

COMO FUNCIONA

Temos basicamente um oscilador com dois transistores complementares cuja frequência depende tanto de C2 como do ajuste do potenciômetro P1.

A carga do circuito que normalmente é um alto-falante para a reprodução de sinais de áudio foi subsituída por uma bobina com núcleo de ferrite. Desta forma, até mesmo as harmônicas de altas frequências dos sinais gerados, aparecem com intensidade na saída.

Se quisermos um acoplamento melhor com a ligação direta do gerador ao circuito em prova, podemos fazer isso através de um enrolamento adicional colocado sobre a bobina de carga. Neste enrolamento ligaremos uma ponta de prova e uma garra jacaré.

O capacitor C32 que determina a frequência do oscilador, pode ter seu valor alterado numa ampla faixa. A alimentação do circuito é feita com 2 pilhas. Não recomendamos a utilização deuma tensão maior pois isso poderia aquecer o transistor Q2.

MONTAGEM

Na figura 1 temos o diagrama completo deste oscilador.

Diagrama elétrico do oscilador.

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 2.

Montagem dos componentes em uma PCI

A bobina L1 consta de 200 voltas de fio esmaltado fino (28 a 32) num bastão de ferrite de 10 cm de comprimento com aproximadamente 1 cm de diâmetro. A bobina L2 consta de 30 espiras do mesmo fio, enrolada ao lado ou sobre L1.

Os transistores admitem equivalentes, e os resistores são de 1/8W com 5% ou mais de tolerância. Os capacitores podem ser de poliéster ou cerâmicos.

Para a alimentação podem ser usadas 2 pilhas pequenas em suporte apropriado.

PROVA E USO

Para provar a unidade basta ligar S1 e aproximar o aparelho de um rádio de ondas médias ligado a meio volume numa frequência livre. O sinal será ajustado em P1 e deve ser captado com facilidade.

Para usar o aparelho com diversos tipos de receptores que cubram desde a faixa de ondas médias até a faixa de VHF e que tenham boa sensibilidade, a injeção pode ser feita pela simples aproximação.

Para receptores menos sensíveis, ou que estejam muito descalibrados a injeção deve ser direta, feita da maneira mostrada na figura 3.

Uso do oscilador com injeção direta do sinal.

A garra deve ser ligada do lado negativo da alimentação e se não houver antena, o pólo vivo (PP1) deve ser ligado à entrada das etapas através de um capacitor de 10 a 100 pF cerâmico.

As etapas devem ser ajustadas segundo procedimentos indicados nos manuais dos fabricantes dos receptores.

OSCILADOR DENTE DE SERRA

Os sinais cuja forma de onda é do tipo dente-de-serra normalmente são gerados por osciladores de relaxação com transistores unijunção, PUTs (Transistores Programáveis Unijunção), SCRs e outros dispositivos semicondutores menos comuns. O circuito que descrevemos neste artigo opera com transistores comuns e sua frequêcia pode ser ajustada numa ampla faixa de valores.

O circuito que descrevemos pode servir de base de tempo para um osciloscópio de baixa frequêcia, como gerador de tom para instrumentos musicais ou mesmo em conversores A/D usados em instrumentos digitais de medida.

Sua principal característica está no fato de usar transistores comuns e por isso não ser crítico e de fácil montagem.

A frequêcia dos sinais gerados depende do capacitor C2 e é ajustada numa ampla faixa de valores por P1. Para os valores desses componentes indicados no diagrama, a frequêcia pode ser ajustada entre algumas dezenas de hertz até aproximadamente 10 kHz.

Alterações do capacitor C2 podem mudar esta faixa de operação.

Características:

* Tensão de alimentação: 9 Vdc

* Corrente drenada típica: 5 mA

* Forma de onda do sinal gerado: dente-de-serra

* Faixa de frequências: 10 Hz a 100 kHz

COMO FUNCIONA

Os dois transtores são ligados de modo a formar uma etapa amplificadora de alto-ganho com acoplamento direto. A realimentação do sinal tirado do coletor de Q2, via C2 é feita para a base de Q1, mantendo assim as oscilações. Estas oscilações tem suas frequêcias ajustadas por P1.

Obtemos então na base de Q1 sinais cuja forma de onda é do tipo dente-de-serra, e ao mesmo tempo, no coletor de Q2, sinais retangulares, devido à comutação rápida deste segundo transistor.

O sinal pode ser retirado do circuito via C1 e R1 que tem por finalidade não carregar o circuito, o que dificultaria as oscilações.

MONTAGEM

A figura 4 mostra o diagrama completo do oscilador.

Diagrama completo do oscilador.

Os poucos componentes podem ser fixados numa placa de circuito impresso com a disposição mostrada na figura 4.

Montagem dos componentes numa PCI

Na verdade, para Q1 e Q2 podem ser usados transistores de uso geral NPN de qualquer tipo. Os resistores s?o de 1/8W ou maiores e os capacitores C1 e C2 tanto podem ser de poliéster como styroflex. O capacitor C3 ·do tipo eletrolítico com uma tensão de trabalho de 12V ou mais.

A alimentação pode ser feita por uma pequena fonte ou ainda bateria, já que o consumo não é elevado.

Para a saída de sinal, se o aparelho for usado como gerador de bancada para testes em geral, pode ser usado um jaque do tipo P2 ou RCA.

Outra possibilidade consiste em se usar dois fios com garras jacaré

UTILIZAÇÃO

A verificação da forma de onda produzida deve ser feita com um osciloscópio, mas para saber simplesmente se o circuito está oscilando basta ligar sua saída na entrada de qualquer amplificador de áudio ou mesmo num transdutor piezoelétrico comum ou fone de ouvido de alta impedância.

Uma vez comprovado o funcionamento é só usar o aparelho.

OSCILADOR DE RELAXAÇÃO COM SCR

Este tipo de oscilador usa uma configuração fora do comum e pode ser usado como base de tempo, metrônomo ou ritmador. Metrônomos ou ritmadores são aparelhos que produzem sinais luminosos ou sonoros em intervalos regulares de modo a fixar o compasso de um exercício de ginástica, uma atividade física repetitiva ou mesmo da execução de uma música num instrumento qualquer. O circuito que propomos pode ser usado com as finalidades sugeridas e muitas outras, como por eexemplo em sinalização.

O rítmo da música executada por um aprendiz nem sempre é constante o que exige o emprego de aparelhos denominados metrônomos. O tipo mais simples é o de pêndulo que além do barulho (tic-tac) tem o balanço para servir de base para que o músico não saia do rítmo. Este mesmo tipo de metrônomo pode ser encontrado nos laboratórios de física experimental para a realização de experimentos que envolvam intervalos de tempo constantes.

O circuito que propomos produz apenas o som, e com bom volume, servindo para estudantes de música, para o laboratório de física e também para ginástica.

Neste aparelho temos um oscilador de relaxação diferente, com base numa lâmpada neon e um SCR, que produzem pulsos (estalos) de boa intensidade num alto-falante. A faixa de frequências vai de fração de hertz até alguns hertz.

O aparelho é alimentado diretamente pela rede de energia de 110V ou 220V e tem excelente rendimento, levando-se em conta o pequeno número de componentes usados.

O leitor tem as seguintes possibilidades de uso para este aparelho:

* Acompanhamento de música

* Fixação de rítmo para exercícios de ginástica ou dançca

* Limitação de tempo por contagem de pulsos

* Experiências de física

Características:

* Tensão de alimentação: 110/220 VCA

* Consumo: 1 W (aprox.)

* Potência dos pulsos: 4W (pico)

* Faixa de frequências: 0,05 a 10 Hz

COMO FUNCIONA

A tensão da rede de energia é retificada, servindo para carregar lentamente, através de R1 e P1, o capacitor C1. A carga deste capacitor determina a energia ou potência do pulso sonoro a ser produzido.

Quando a tensão no capacitor atinge aproximadamente 80V, que é a tensão de disparo da lâmpada neon, ao mesmo tempo, através de R2 atinge o mesmo valor a tensão no capacitor C2. Isso ocorre, porque a constante de tempo de R2 e C2 ‚ bem menor do que a do circuito formado por P1, R1 e C1.

Com essa tensão, a lâmpada neon dispara e com isso a condução de uma corrente para a comporta do SCR.

O resultado final é que, com a condução do SCR, o capacitor C1 é colocado praticamente em curto através do alto-falante. A descarga consequente é um pulso único de curta duração e grande intensidade que produz um som no alto-falante.

Com a descarga do capacitor o SCR desliga e novamente o capacitor C1 se descarrega até ser atingida novamente a tensão de disparo da lƒmpada neon e portanto do SCR.

A frequência é dada basicamente pelo velocidade com que C1 se carrega e portanto pode ser ajustada em P1. Capacitores maiores para C1 produzem pulsos mais intensos, mas existe um limite para este valor, pois uma corrente muito alta na descarga pode danificar tanto o SCR como o alto-falante.

Capacitores de até uns 20 µF com tensões de trabalho de pelo menos 150V podem ser experimentados.

MONTAGEM

Na figura 6 temos o diagrama completo do metrônomo.

Esquema elétrico do metrônomo

Como são usados poucos componentes pode ser usada uma pequena placa de circuito impresso para a montagem. Assim, temos a disposição dos componentes nesta placa mostrada na figura 7.

Sugestão de placa de circuito impresso do metrônomo.

O resistor R1 deve ser de1W e os demais são de 1/8W ou maiores. O capacitor C1 tanto pode ser de poliéster como um eletrolítico de 1 a 10 µF com tensão mínima de trabalho de 150V. O capacitor C2 deve ser de poliéster com pelo menos 150V de tensão de trabalho.

Para a rede de 110V pode ser usado o TIC106B e para a rede de 220V recomenda-se o SCR TIC106D. A lâmpada neon e o potenciômetro são de tipos comuns.

Para o diodo D1 temos o 1N4004 ou 1N4007 se a rede for de 110V, mas se for de 220V deve ser usado somente o 1N4007. O alto-falante ‚ de 4 ou 8 ? com pelo menos 10 cm de diâmetro.

PROVA E USO

Um ponto importante a ser observado neste projeto é que sua alimentação é feita diretamente pela rede de energia e que por isso seu circuito está submetido a tensões elevadas, capazes de causar choques perigosos.

Por isso, ao testar o leitor deve tomar todas as precauções em relação a isso e na montagem, deve isolar ou fechar na caixa todas as partes que possam causar choques pelo contacto.

Ligando o aparelho na rede de alimentação e ajustando-se P1 devemos ter piscadas da lâmpada neon e ao mesmo tempo, a emissão de estalos ritmados pelo alto-falante.

Se a lâmpada piscar, mas não houver a emissão de som, verifique a continuidade da bobina do alto-falante e o estado do SCR. Se as piscadas forem muito rápidas e não houver som, o problema pode estar em C1.

Comprovado o funcionamento, o montador pode adaptar uma escala ao botão de P1 que pode ser calibrada em termos de batidas por minutos ou mesmo em hertz.

Depois disso, é só fechar o aparelho definitivamente numa caixa plástica ou de madeira e usá-lo. A lâmpada neon pode ficar em lugar visível para se obter também um rítmo visual.

Para frequências mais baixas aumente P1 para 1 M ? e C1 para 2,2 ou mesmo 4,7 µF.