A presença principalmente de sinais digitais de alta frequência não é um impedimento para que usemos um "seguidor de sinais" na análise deste tipo de equipamento. De fato, se este seguidor dividir as frequências encontradas por um número apropriado, o sinal resultante pode cair na faixa de áudio e assim não teremos dificuldades em "ouvir" o que se passa nos circuitos de um PC, equipamento digital ou periférico. Esta é justamente a finalidade deste projeto: um estetoscópio para "ouvir os sinais" digitais dos circuitos de um microcomputador.
Este artigo é de 1997 quando os sinais dos barramentos dos PCs tinham frequências relativamente baixas. Hoje elas são muito mais altas, não sendo acompanhadas por este circuito. No entanto, ele serve para acompanhar sinais de microcontroladores e circuitos digitais que operem até uns 10 MHz.
Os leitores da "velha guarda" ou acostumados com circuitos de RF e áudio, sabem muito bem da utilidade de um seguidor de sinais para comprovar o funcionamento de certos equipamentos.
Evidentemente, com os computadores ficaria difícil imaginar o uso de tais seguidores comuns, pois os sinais que encontramos nos circuitos, além de serem digitais podem ter uma frequência muito acima do limite de nossa audição além de não serem modulados. Não adianta tentar "detectar" estes sinais que continuaríamos não ouvindo nada.
A idéia básica que envolve o projeto de um seguidor de sinais para circuitos digitais de frequências altas (e mesmo baixas mas acima do audível) e dividir a sua frequência de modo que ela caia dentro da faixa audível. Na figura 1 damos uma idéia do que fazemos:
Dividindo por 16 mil um sinal de 100 MHz de um PC este sinal cai em frequência para 7,5 kHz aproximadamente e isso pode ser ouvido num alto-falante. Se a frequência for de 4 MHz, a divisão por 16 mil leva este sinal para pouco mais de 250 Hz, que também é perfeitamente ouvido num alto-falante.
E, se o sinal tiver uma frequência bem mais baixa, algo em torno de uns 50 kHz, a divisão pode ser feita por um quociente menor, 8 por exemplo, e a frequência cai para pouco mais de 6 kHz, o que também é perfeitamente audível.
Desta forma, basta amplificar o sinal (se ele estiver presente) para que possamos ouvi-lo num fone ou alto-falante comum.
O circuito apresentado faz justamente isso. Um divisor programável de frequência permite escolher o quociente da divisão do sinal digital e depois disso o sinal resultante é amplificado por um amplificador de áudio comum.
Mas, aí o leitor perguntará para que serve um estetoscópio capaz de ouvir os sinais que estão nos circuitos de um PC.
Na análise dos circuitos pode ser muito interessante saber se num determinado ponto suspeito sinais digitais estão presentes. Nem todos possuem osciloscópios para verificar isso e até mesmo os que o possuem podem ter dificuldades em transportá-lo para locais mais distantes ou para a casa do cliente.
A possibilidade de se ter um aparelhinho simples (portátil e de baixo custo) que possa dizer ao técnico que um terminal qualquer de um chip existe um sinal digital ou ainda na extremidade de um cabo ou de uma porta de comunicações existem sinais digitais pode ser muito interessante no diagnóstico de defeitos.
Simples de montar e de usar nosso circuito estetoscópio do PC é alimentado pela própria fonte do computador e cabe facilmente numa caixinha plástica de pequenas dimensões.
Como funciona
A base do projeto é um circuito integrado CMOS 4020 que consiste numa cadeia de flip-flops que formam um divisor binário de 14 estágios, conforme mostra a figura 2.
Não são todas as saídas que estão acessíveis e no nosso caso também não precisamos de todas elas.
Assim, a cada flip-flop por onde o sinal passa sua frequência é dividida por 2.
No caso do 4020 estão disponíveis as saídas correspondentes a Q1, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, Q10, Q11, Q12, Q13 e Q14.
No nosso projeto usamos apenas as saídas Q4, Q6, Q9, Q12 e Q14.
Para estas saídas os quocientes da divisão são:
Q14 - 16 384
Q12 - 4 096
Q9 - 512
Q6 - 64
Q4 - 16
Estas divisões são selecionadas por uma chave rotativa de modo que o usuário possa procurar o valor ideal que lhe dê um sinal audível na saída, conforme o sinal pesquisado.
Como o circuito 4020 é CMOS e possui, portanto uma elevadíssima impedância de entrada, alimentado com 5 V ele pode trabalhar diretamente com os sinais digitais presentes num PC e circuitos semelhantes que empregam lógica TTL ou CMOS.
O sinal de baixa frequência obtido na saída do 4020 é levado a um amplificador de áudio do tipo Lm386 passando antes por um potenciômetro de controle de volume.
O amplificador de áudio opera em sua configuração mais simples, já que os sinais digitais obtidos do 4020 são suficientemente intensos para excitá-lo sem problemas.
Alimentado com tensões na faixa de 5 a 12 volts, conforme o equipamento pesquisado, o amplificador de áudio excita com bom volume o pequeno alto-falante usado como transdutor.
Montagem
Na figura 3 temos o diagrama completo do nosso seguidor de sinais digital para computadores ou estetoscópio do PC.
A disposição dos componentes na placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.
Os circuitos integrados, para maior segurança e facilidade de troca podem ser montados em soquetes DIL. Os diodos admitem equivalentes e a ponta de prova deve ser apropriada para trabalhos no PC. As trilhas muito juntas e componentes próximos exigem que a ponta seja suficientemente fina para que dois pontos não sejam tocados ao mesmo tempo o que pode causar curtos perigosos.
A chave seletora S1 é de 1 pólo x 5 posições, mas pode ser usado um conjunto de dip-switches devendo apenas o usuário ter o cuidado de apenas acionar uma de cada vez de modo a não colocar em curto as saídas do 4020.
Para conexão no PC em análise podem ser usadas garras ou ainda um conector de fonte que será ligado no conector de um drive que seja momentaneamente desligado ou em algum conector livre da própria fonte do PC se ela o tiver.
Na figura 5 temos a identificação de polaridade deste conector para que o leitor saiba como preparar o do estetoscópio de modo a receber 5 volts.
O alto-falante é de 5 cm, de acordo com a caixa usada para alojar o aparelho e P1 é um potenciômetro comum linear ou log que serve para controlar o volume do sinal.
A garra G1 pode ser dispensada se a fonte for a do próprio PC já que ela fornece o retorno para o sinal.
Os resistores são de 1/8 W e os capacitores menores podem ser tanto cerâmicos como de poliéster.
Os capacitores eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho de 12 V ou mais.
Prova e uso
Para provar o aparelho basta ligá-lo a uma alimentação de 5 V e depois aplicar na sua entrada um sinal digital de alta frequência. Se o leitor não tiver uma fonte para este sinal disponível pode usar o circuito da figura 6.
Este circuito gera um sinal acima de 200 kHz que é inaudível se aplicado diretamente à entrada do amplificador.
Ligando a ponta de prova do estetoscópio na saída deste circuito, e alimentando os dois circuitos com 5 V da mesma fonte, devemos ouvir sinais de frequências cada vez mais baixas à medida que formos passando S2 para as posições de divisão por maior quociente. O sinal mais grave será obtido com a chave na posição correspondente a Q14.
Comprovado o funcionamento é só usar o aparelho.
Para isso, ligue sua alimentação na fonte do PC e depois encoste com cuidado a ponta de prova nos pontos em que deseja detectar sinais digitais. Escolha a posição da chave que permita ouvir melhor esses sinais.
Tenha cuidado com o uso deste aparelho, desligando o PC para instalação ou conexão. Cuidado para não encostar a ponta de prova ou partes vivas do circuito em qualquer ponto do PC ou circuito analisado..
Semicondutores:
CI-1 - 4020 - circuito integrado CMOS
CI-2 - Lm386 - circuito integrado, amplificador
D1, D2 - 1N4148 - diodos de uso geral
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1 - 10 k Ω
R2 - 10 Ω
P1 - 10 k Ω - potenciômetro
Capacitores:
C1 - 220 nF - cerâmico ou poliéster
C2 - 47 nF - cerâmico ou poliéster
C3 - 220 µF/12 V - eletrolítico
C4 - 100 µF/12 V - eletrolítico
Diversos:
PP1 - Ponta de prova - ver texto
G1 - Garra jacaré (opcional)
FTE - 5 cm x 8 Ω (ou 4 Ω) - alto-falante pequeno
Placa de circuito impresso, soquetes para os circuitos integrados, caixa para montagem, conector de fonte de PC, botão para o potenciômetro, fios, solda, etc.
