Ouvidímetro (parte 1)

Por muito tempo os sentidos têm sido usados para diagnosticar problemas em aparelhos.

Foto: Wikipédia

Este é o método TAVO (tato, audição, visão e olfato), como dizia um conhecido meu. O paladar não entra porque nunca ouvi falar sobre lamber uma placa de circuito impresso para identificar defeitos; isto não é recomendável de qualquer forma, pois pode-se ingerir substâncias tóxicas. Este procedimento rudimentar tem sido progressivamente substituído por instrumentos de medidas com muitas vantagens, exceto por um detalhe: o custo. Minha proposta neste projeto é usar a audição para substituir frequencímetro ou osciloscópio. O título "ouvidímetro" é uma homenagem ao tom coloquial da revista Divirta-se com a Eletrônica (DCE), bem de acordo com o estilo do saudoso mestre Bêda Marques.

O ouvido humano consegue distinguir sons com frequência  entre 20 Hz a 20 kHz, aproximadamente. No meu caso, a maior frequência que consigo ouvir está em torno dos 16 kHz. Dentro da frequência audível, pode-se diagnosticar o funcionamento de um circuito simplesmente pelo ouvido. Para tal, pode-se usar um amplificador de áudio de ganho adequado; isso já era feito com o seguidor de áudio que, junto com o injetor de áudio, eram instrumentos de grande utilidade para consertos.

Entretanto computadores, mesmo os mais antigos, trabalham com frequências ordens de grandeza acima das frequências audíveis. O clock do Z80 do TK90X opera em torno de 3,58 MHz, gerado por um oscilador de 14,3 MHz. Por ser impossível ouvir tais sinais, torna-se necessário usar um divisor de frequência que, neste projeto, é o CMOS 4040 ou HCMOS 74HC4040.

Fonte: datasheet da Philips para 74HC4040; 74HCT4040

Este CI é um contador de 12 estágios, sendo que cada estágio divide a frequência por 2. No 12º estágio a divisão será por 2¹²=4096, portanto sinais de entrada entre 81 kHz a 61 MHz produzirá na saída 20 Hz a 15 kHz, bem dentro da faixa audível. Como a faixa de 15 a 80 kHz fica descoberta, colocou-se a opção de se usar o 9º estágio (divisão por 512) que permite ouvir sinais entre 10 kHz a 7,7 Mhz.

A opção por uma ou outra tecnologia depende de alguns fatores. CMOS tem como ponto fraco a baixa frequência de operação (poucos MHz), porém possui grande flexibilidade de alimentação (3 a 15 V). HCMOS pode operar a frequências maiores (máximo de 90 MHz para 74HC4040), porém sua alimentação limita-se a 2-6 V. Na prática, como maior parte dos circuitos digitais antigos operam em 5 V, vale mais a pena usar o 74HC4040 pela sua frequência máxima. Mas fica a advertência de não usar o ouvidímetro com 74HC4040 na análise de circuitos inteiramente CMOS para prevenir danos.

O esquema elétrico mostra como é simples este projeto. O coração do circuito é o 4040/74HC4040, cuja entrada possui resistor R1 pull-up que o compatibiliza com níveis TTL. Uma das saídas (Q8 ou Q11) é selecionada por chave ou jumper para determinar a frequência máxima de detecção (7 ou 60 MHz) que, por sua vez, aciona uma cápsula piezoelétrica de configuração mostrada nesta postagem. A alimentação é tirada do próprio equipamento a ser diagnosticado e, em paralelo, há um capacitor cerâmico de 22 nF para desacoplamento de alimentação do CI.

As figuras acima são da placa de circuito impresso, sendo a primeira em positivo e a segunda em o negativo (para método fotográfico). A resolução é de 600 dpi. O chapeado da montagem é dado a seguir.

P1 é ligado a uma ponta de prova, X1 à cápsula piezoelétrica e P2 à alimentação. SW1 seleciona entre a frequência máxima de 7 ou 60 MHz e pode ser ligado a uma chave 1 polo×2 posições ou um jumper. Os demais componentes estão especificados no esquema e deve-se tomar cuidado com o CI e o transistor, que são polarizados.

A placa feita pelo método fotográfico ficou bem a cara dos brindes de capa da DCE.

Na próxima parte serão apresentadas sugestões para montagem e acondicionamento do circuito.