Existem instrumentos que um profissional sério da eletrônica, ou mesmo um amador que deseja ter algo mais em sua bancada, não pode dispensar. Um destes instrumentos é o frequencímetro que, usado com todos os seus recursos, pode se revelar tão útil como o multímetro e o próprio osciloscópio. Veja neste artigo o que um frequencímetro pode fazer e como usá-lo.
Obs. O artigo é de 1988. Hoje contamos com frequencímetros de baixo custo e até virtuais.
Existem muitos instrumentos eletrônicos que, mais pelo seu custo que pela sua utilidade, são classificados de “profissionais". O frequencímetro está neste caso.
Não podemos, na realidade, dizer que um frequencímetro é ou não profissional, dependendo da finalidade com que ele seja usado.
Um martelo não é uma ferramenta "profissional", no sentido de seu “avanço técnico ou sofisticação", mas nenhum carpinteiro profissional pode dispensá-lo.
Na eletrônica existem instrumentos que se encaixam neste raciocínio: classificados às vezes como semiprofissionais ou mesmo não profissionais, se corretamente utilizados com todos os seus recursos, podem constituir-se em excelente ajuda para todo técnico, projetista ou mesmo engenheiro.
O frequencímetro é um instrumento que, dependendo do ângulo que o analisemos, pode tanto ser classificado de profissional como semi-profissional.
No entanto, pelo seu custo e até pela sofisticação dos modelos Comerciais, poucos são os não profissionais que podem contar com sua ajuda.
Mas será que vale a pena investir capita! num frequencímetro? O que pode este instrumento fazer? Como usá-lo? Tudo isso será visto adiante.
O QUE FAZ UM FREQUENCÍMETRO
A maioria dos aparelhos eletrônicos trabalha com sinais, cujas frequências podem variar entre alguns hertz (Hz) até centena de megahertz (MHz). Em muitos casos, o correto funcionamento destes aparelhos depende fundamentalmente da precisão da sintonização ou produção de um sinal de determinada frequência.
A maneira mais prática de se verificar a frequência de um sinal é através do frequencímetro. Com ele podemos verificar sinais de frequências tão baixas como a da rede (50 ou 60 Hz) que sincroniza um relógio digital, um instrumento digital de medida, e tão altas como alguns megahertz, que sincronizam um microcomputador, estabelecem a operação de um transmissor ou de um receptor de rádio.
Reparação e ajustes são algumas das tarefas em que o frequencímetro ajuda com sua presença. No entanto, também em projetos, quando um protótipo precisa ser otimizado, sua presença é muito importante.
Uma classificação por tipos de pessoas que usariam o frequencímetro seria muito difícil. O que poderíamos dizer é que tipos de frequencímetros existem e como eles poderiam ajudá-lo.
Normalmente os frequencímetros se diferenciam pela faixa de frequências que podem medir. Alguns alcançam 20 ou 40 MHz, outros vão a 200 ou 500 MHz e existem até os que alcançam mais de1 GHz(1 000 MHz).
Afirmar que o aparelho que alcança a faixa mais alta é o melhor, é muito relativo. Se você trabalha somente com sinais de áudio ou com microcomputadores, em que os clocks não vão além de 10 MHz, um frequencímetro de 20 ou 30 MHz Ihe será tão útil como qualquer outro (e custará menos!)
Na reparação de aparelhos de rádio e TV, um tipo que alcance 100 ou 200 MHz será suficiente para analisar quase todas as etapas dos circuitos e mesmo com um de 10 ou 20 MHz já existirá muitos pontos importantes em que a análise da frequência poderá ser feita.
O importante não é até quanto vai o frequencímetro de que se dispõe, mas sim onde podemos usar o frequencímetro que vá até uma determinada frequência e isso depende do nosso trabalho.
E, é claro que temos de levar em conta que para todos os frequencímetros existem os pré-scalers, que são circuitos que multiplicam o alcance de um frequencímetro, dividindo por um fator fixo a frequência do sinal de entrada.
Com um pré-scaler simples podemos facilmente ampliar o alcance de um frequencímetro de 30 MHz para 300 MHz, ou mesmo mais.
Existem também outros recursos que, adicionados ao frequencímetro, ampliam sua capacidade de medida.
Podemos verificar ressonâncias, medir capacitâncias, tempos, períodos e outras grandezas com circuitos relativamente simples, o que se constitui numa facilidade a mais para qualquer técnico.
Na figura 1 temos o diagrama de blocos que representa um simples capacímetro digital que pode ser operado com o frequencímetro.
Trata-se de um oscilador cuja frequência depende linearmente do valor do capacitor colocado no circuito. Pela leitura da frequência temos então a indicação da capacitância.
COMO USAR UM FREQUENCÍMETRO
Não basta ligar a entrada do frequencímetro a uma eventual fonte de sinais para que tenhamos uma indicação imediata e precisa da frequência.
Alguns fatores devem, antes, ser levados em conta, pois estando incorretamente avaliados podem não só proporcionar uma indicação errada, como até causar danos ao circuito de entrada do frequencímetro.
Os sinais cujas frequências queremos medir, não têm sempre as mesmas intensidades ou formas de onda.
Assim, podemos ter desde um “bem comportado" sinal retangular de intensidade entre 2,7 e 5 V de uma saída TTL, até um sinal muito fraco, da ordem de microvolts, de um oscilador cuja forma de onda seja algo que se aproxime de uma senóide, ou um sinal muito forte de um transmissor, com forma de onda igual à mostrada na figura 2.
A ligação direta do frequencímetro à fonte do primeiro certamente permitirá a leitura imediata; no segundo, dependerá da sensibilidade; e no terceiro, podemos ter até a queima de componentes por sobrecarga.
Os frequencímetros possuem na sua entrada um sistema que permite operar com a mais variada quantidade de formas de onda e intensidades.
Um sistema de amplificação e disparo, conforme mostra a figura 3, permite que se obtenha na saída, independentemente da forma de onda e intensidade do sinal de entrada, um sinal retangular de amplitude constante.
No entanto, mesmo este circuito pode ser “enganado", “forçado" ou incapacitado de funcionar.
Ele será "enganado", por exemplo, se tivermos um sinal cuja forma de onda seja a mostrada na figura 4.
Levando em conta que o sistema de disparo do frequencímetro (ti¡gger), que produz o pulso de saída, "liga" no nível Vd, e o sinal passa duas vezes por ele, em cada ciclo, isso fará com que tenhamos uma leitura enganosa do dobro da frequência real.
Existe então uma histerese no circuito de entrada de um frequencímetro, que o técnico precisa conhecer muito bem para saber usá-lo corretamente. (figura 5)
A “janela" da curva em questão indica justamente que tipos de sinais podem ser trabalhados pelo frequencímetro, ou seja, sua sensibilidade.
Com relação à precisão, ela dependerá justamente da base de tempo empregada pelo aparelho. Os tipos portáteis, alimentados por pilhas, e mesmo muitos tipos de mesa, utilizam cristais de quartzo, cuja precisão normalmente se mede em termos de partes por milhão (ppm).
E claro que variações de temperatura influem diretamente na frequência gerada pelo circuito oscilador, mesmo a cristal, e isso deve ser levado em conta.
Tipos sofisticados fazem com que o cristal trabalhe em câmaras térmicas, cuja temperatura é mantida constante através de um circuito eletrônico ligado a um termostato. (figura 6)
Para os tipos comuns, entretanto, existe um padrão de frequência que pode ser considerado ótimo: a frequência da rede. A empresa fornecedora de energia deve manter a frequência da rede rigorosamente estabilizada em 50Hz ou 60 Hz (este último valor para o Brasil), já que existem dispositivos que têm seu funcionamento totalmente dependente deste fator.
Relógios, cronômetros e motores que precisam manter uma rotação determinada são dependentes da frequência da rede. Veja que, se na sua localidade ocorrem eventualmente flutuações da tensão, isso não significa que a frequência varie: ela se mantém de maneira bem estável.
Uma maneira simples de se obter um padrão de medida para um frequencímetros é através de um circuito como o da figura 7.
A senóide correspondente à tensão da rede serve para disparar um circuito que excita um divisor por 10 e depois um divisor por 6, no caso da rede de 60 Hz ou um divisor por 5, no caso da rede de 50 Hz.
Com isso, podemos obter sinais que, dentro de uma excelente precisão, têm frequências de10 e de 1 Hz.
Este sinal pode ser usado como base de tempo para a contagem dos impulsos de entrada de um frequencímetro.
Como supomos que o circuito contador conte todos os pulsos ou ciclos neste intervalo, a contagem corresponderá rigorosamente ao valor da frequência!
Um tipo de erro que pode aparecer numa leitura com o frequencímetro é o que se deve a ruídos. Na figura 8 mostramos o que ocorre se um sinal tiver uma componente de ruído ou transiente que atinja os limites de disparo.
Em lugar de um único pulso por ciclo, teremos, além disso, um pulso adicional devido ao ruído. Se a frequência dos pulsos de ruído ou transientes for considerável ela será somada à frequência do sinal, falseando a leitura.
Na figura 9 temos uma maneira simples de verificar a precisão de um frequencímetro, justamente tomando por base a frequência da rede.
E claro que, sendo os dois padrões internos iguais, a contagem deve ser perfeita. Este tipo de teste é, pois, conveniente para frequencímetros com base de tempo interna (cristal).
