Os seguintes circuitos de medidores de frequência analógicos simples podem ser usados para medir frequências que podem ser onda senoidal ou onda quadrada. A frequência de entrada a ser medida deve ser de pelo menos 25 mV RMS, para detecção e medição ideais.
O design facilita uma faixa relativamente ampla de medição de frequência, desde 10 Hz até um máximo de 100 kHz, dependendo da configuração da chave seletora S1. Cada uma das configurações predefinidas de 20 k associadas a S1 a pode ser ajustada individualmente para obter outras faixas de deflexão de escala total de frequência no medidor, conforme desejado.
O consumo geral deste circuito medidor de frequência é de apenas 10 mA.
Os valores de R1 e C1 decidem a deflexão de fundo de escala nos medidores relevantes usados, e podem ser selecionados dependendo do medidor empregado no circuito. Os valores podem ser fixados de acordo com a ajuda da seguinte tabela:
Como funciona o circuito
Referindo-se ao diagrama de circuito do medidor de frequência simples, 3 BJTs no lado de entrada funcionam como amplificador de tensão para amplificar a frequência de baixa tensão em ondas retangulares de 5 V, para alimentar a entrada do IC SN74121
O IC SN74121 é um multivibrador monoestável com entradas Schmitt-trigger, que permite que a frequência de entrada seja processada em pulsos one-shot corretamente dimensionados, cujo valor médio depende diretamente da frequência do sinal de entrada.
Os diodos e a rede R1, C1 no pino de saída do CI funcionam como um integrador para converter a saída vibratória do monoestável em um DC razoavelmente estável cujo valor é diretamente proporcional à frequência do sinal de entrada.
Assim, à medida que a frequência de entrada aumenta, o valor da tensão de saída também aumenta proporcionalmente, o que é interpretado por uma deflexão correspondente no medidor e fornece uma leitura direta da frequência.
Os componentes R/C associados à chave seletora S1 determinam a temporização ON/OFF monoestável de um disparo, e isso, por sua vez, decide a faixa para a qual a temporização se torna mais adequada, para garantir uma faixa correspondente no medidor e vibração mínima no agulha do medidor.
Alcance do interruptor
- a = 10 Hz a 100 Hz
- b = 100 Hz a 1 kHz
- c = 1 kHz a 10 kHz
- d = 10 kHz a 100 kHz
Circuito Medidor de Frequência Preciso Multi-range
Uma versão melhorada do primeiro diagrama de circuito do medidor de frequência é exibida na figura acima. O transistor de entrada TR1 é um FET de porta de junção seguido por um limitador de tensão. O conceito permite o instrumento com grande impedância de entrada (da faixa de um megaohm) e segurança contra sobrecarga.
O banco de chaves S1 b simplesmente mantém o terminal positivo do medidor ME1 “aterrado” para as configurações de 6 faixas designadas em S1 a e, assim, fornece o caminho de descarga para o condensador de faixa correspondente, conforme descrito nas observações da Fig. 1. Dito isto, na sétima local, o medidor e uma resistência pré-definida, VR1, são comutados em torno do diodo de referência D7 de Zener.
Essa predefinição é ajustada durante a configuração para fornecer uma deflexão de escala total do medidor que é calibrada com precisão para esse nível de referência específico. Isso é importante, pois os diodos Zener sozinhos oferecem uma tolerância de 5%. Quando fixada, esta calibração é finalmente governada a partir de um potenciômetro VR2 do painel de instrumentos que fornece o controle para todas as faixas de frequência.
A maior amplitude da frequência de entrada colocada na porta fet é restrita a aproximadamente ± 2,7V através dos diodos Zener D1 e D2, coletivamente com o resistor R1.
Caso o sinal de entrada seja superior a este valor em ambas as polaridades, o respectivo Zener aterrará o excesso de tensão estabilizando-o em 2,7 V. O capacitor C1 facilita certa compensação de alta frequência.
O FET é configurado como um seguidor de fonte e a carga de fonte R4 funciona como um modo em fase da frequência de entrada. O transistor TR2 funciona como um amplificador quadrado simples cuja saída faz com que o transistor TR3 ligue e desligue conforme a explicação fornecida anteriormente.
Os capacitores de carga para cada 6 faixas de frequência são determinados com o banco de chaves S1a. Esses capacitores devem ser extremamente estáveis e de alto grau, como um tântalo.
Embora indicados como capacitores solitários no diagrama, eles podem ser compostos usando algumas peças em paralelo. O capacitor C5, por exemplo, é construído usando um 39n e um 8n2, uma capacidade total de 47n2, enquanto o C10 consiste em um trimmer 100p e 5-65p.
Esquema de PCB
O design da pista do PCB e a sobreposição de componentes para o circuito do medidor de frequência mostrado acima são mostrados nas figuras a seguir
Medidor de frequência simples usando IC 555
O próximo dispositivo analógico de medição de frequência é provavelmente o mais simples, mas apresenta uma leitura de frequência razoavelmente precisa no medidor conectado.
O medidor pode ser do tipo de bobina móvel especificado ou um medidor digital ajustado em uma faixa de 5 V DC
O IC 555 é conectado como um circuito monoestável padrão, cujo tempo de saída ON é fixado através dos componentes R3, C2.
Para cada meio ciclo positivo da frequência de entrada, o monoestável liga pelo tempo específico determinado pelos elementos R3/C2.
As partes R7, R8, C4, C5 na saída do IC funcionam como estabilizador ou integrador para permitir que os pulsos monoestáveis ON/OFF sejam DC razoavelmente estáveis para o medidor ler sem vibrações.
Isso também permite que a saída produza um DC contínuo médio que é diretamente proporcional à taxa de frequência dos pulsos de entrada alimentados na base de T1.
No entanto, o R3 predefinido deve ser ajustado adequadamente para diferentes faixas de frequências, de modo que a agulha do medidor seja bastante estável e um aumento ou diminuição da frequência de entrada cause uma quantidade proporcional de deflexão sobre essa faixa específica.
Medidor de Frequência Analógico IC 555
A figura abaixo exibe o IC 555 disposto como um medidor de frequência analógico de escala linear com uma sensibilidade de escala total de 1 kHz. A alimentação do circuito é recebida através de uma fonte estabilizada de 6 V.
Os sinais de entrada para este medidor de frequência analógico podem ser na forma de pulsos ou sinais de onda quadrada com limites pico a pico de 2 volts ou mais.
O transistor Q1 amplifica este sinal de entrada pulsado suficientemente alto para acionar o pino 2 IC 555. A saída do IC no pino 3 é conectada com o medidor de bobina móvel de deflexão de escala real de 1 mA M1. O diodo D1 funciona como um estágio de cancelamento de deslocamento com a ajuda do resistor multiplicador R5.
Sempre que o IC 555 que está configurado como um multivibrador monoestável é acionado por um pulso de entrada, ele cria um pulso com duração e amplitude fixas. Quando cada pulso inclui uma tensão de pico de 6 volts e um período de 1 ms, e aciona o pino 2 do IC com uma frequência de 500 Hz, uma alta lógica de 500 milissegundos é criada no pino 3, a cada 1000 milissegundos.
Além disso, o valor médio de saída do IC 555 avaliado ao longo deste intervalo de tempo pode ser calculado como
500 milissegundos/1000 milissegundos x 6 volts = 3 volts ou metade de 6 volts.
Da mesma forma, caso a frequência de entrada seja 250 Hz, é criado um pulso alto de 250 milissegundos em cada período de 1000 milissegundos. Como resultado, a tensão média de saída do IC agora é igual a 250 milissegundos/1000 milissegundos x 6 volts = 1,5 volts ou um quarto de 6 volts.
Isso mostra que, o valor médio da tensão de saída do circuito, testado dentro de uma quantidade global realista de pulsos, é diretamente proporcional à frequência de repetição do multivibrador monoestável. Podemos obter apenas medições médias ou médias de medidores de bobina móvel. No diagrama do circuito, um medidor de 1 mA pode ser visto conectado em série com o resistor multiplicador R5. Este resistor R5 ajusta a sensibilidade do medidor em aproximadamente 3,4 volts de deflexão de escala total. O medidor é conectado para oferecer o valor médio de saída do multivibrador e sua exibição é instantaneamente proporcional à frequência de entrada.
Usando os valores de parte conforme indicado no diagrama do medidor de frequência analógico, ele é configurado para produzir deflexão em escala real a 1 kHz. Para configurar o circuito, inicialmente, uma frequência de onda quadrada de 1 kHz é aplicada à saída indicada, e o potenciômetro de ajuste de escala total R7 (regula a duração do pulso) é ajustado e fixado para fornecer uma medição em escala real no medidor .
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