PROYECTO ELECTRÓNICO:
Generador de 3 tipos de formas de onda: triangular, sinusoidal y cuadrada PRESENTACIÓN: El generador de funciones a ser construido debe constar, como mínimo con los siguientes controles externos. Pueden preverse conectores de entrada y salida adicionales para acomodar, por ejemplo, las entradas para modulación de AM o FM o para separar las salidas de acuerdo a la forma de onda.
Figura 1: Presentación externa del Generador de Fu nciones 6.
No se aceptarán trabajos presentados después de la fecha de entrega marcada
INTRODUCCIÓN Este proyecto consiste en un generador de formas de ondas o generador de funciones capaz de producir señales triangulares, sinusoidales y cuadradas, así como señales sinusoidales moduladas en AM (modulación de amplitud) y FM (modulación de frecuencia).
Este generador de formas de ondas se basa por completo en un único CI monolítico, el XR-2206, y un número limitado de componentes pasivos de circuitos (resistencias, potenciómetros, condensadores, interruptores, conectores, etc.). Antes de construir el modelo final del generador de formas de ondas los alumnos (con ayuda del profesor) deberán experimentar con los diferentes modos de funcionamiento del XR2206 mediante el montaje de los circuitos en una matriz de prototipos o protoboard o protoboard .
Este generador de funciones o de formas de ondas es un instrumento de laboratorio extremadamente versátil y útil para el estudiante, para el ingeniero o para cualquier persona interesada en la electrónica. Su costo es apenas una fracción del costo de generadores de funciones comerciales y profesionales disponibles hoy en día.
DESCRIPCIÓN GENERAL El circuito básico y los componentes externos necesarios para construir el generador de funciones de alta calidad se muestra en la figura 2. El circuito esta diseñado para operar con una fuente de alimentación única de 12 V, o con una fuente dividida simétrica de ± 6 V. Para la mayoría de las aplicaciones, la operación con fuente simétrica es la preferida porque produce un nivel de salida c.c. casi igual al nivel del potencial de tierra (0 V). Durante los experimentos con el circuito probaremos también alimentarlo con baterías y con fuentes simétricas de ± 5 V y ± 8 V.
El circuito de la figura 2 provee 3 formas de ondas básicas: seno, triángulo y rectangular o cuadrada. Existen 4 rangos de frecuencias que dan un rango total de frecuencia de 1 Hz a 100 KHz. En cada rango, la frecuencia puede ser finamente sintonizada por medio de un potenciómetro (R13) en un rango de 100:1.
La salida sinusoidal o triangular puede variarse aproximadamente de 0 a 6 Vp-p desde una impedancia de 600W.
La salida de onda rectangular está disponible en la salida Sync Out del XR2206 y puede servir para sincronizar un osciloscopio o servir de entrada para circuitos lógicos.
CIRCUITO BÁSICO DEL GENERADOR DE 3 FORMAS DE ONDAS
Figura 2: Circuito esquemático del generador de funciones Rangos de frecuencia: el generador de funciones está diseñado par a operar sobre un rango de 4 rangos de frecuencias sobrepuestas:
1 10 100 1
Hz Hz Hz KHz
a a a a
100 1 10 100
Hz KHz KHz KHz
conecta conecta conecta conecta
C3= 1 mF C4= 0,1 mF C5= 0,01 mF C6= 0,001 mF
Estos rangos de frecuencias se seleccionan conectando condensadores de diferentes valores capacitivos (C3 a C6) entre las entradas TC1 y TC2 del XR2206, por medio del interruptor S1 rotativo de 1 polo 4 posiciones.
Precisión de la Frecuencia: la precisión de la frecuencia generada por el XR2206 es lograda por medio del
Figura 2: Circuito esquemático del generador de funciones Rangos de frecuencia: el generador de funciones está diseñado par a operar sobre un rango de 4 rangos de frecuencias sobrepuestas:
1 10 100 1
Hz Hz Hz KHz
a a a a
100 1 10 100
Hz KHz KHz KHz
conecta conecta conecta conecta
C3= 1 mF C4= 0,1 mF C5= 0,01 mF C6= 0,001 mF
Estos rangos de frecuencias se seleccionan conectando condensadores de diferentes valores capacitivos (C3 a C6) entre las entradas TC1 y TC2 del XR2206, por medio del interruptor S1 rotativo de 1 polo 4 posiciones.
Precisión de la Frecuencia: la precisión de la frecuencia generada por el XR2206 es lograda por medio del resistor temporizador R y del condensador temporizador C, y está dada por:
R = R4 + R13 C = C3 o C4 o C5 o C6, de acuerdo al rango de frecuencias seleccionado
La fórmula de arriba es precisa dentro del 15 % en cualquier rango de frecuencia.
Salida sinusoidal y triangular: la amplitud de la salida sinusoidal o triangular es variable de 0 a 6 Vp-p. La amplitud es ajustada por el potenciómetro R12 de la figura 2. En cualquier ajuste de amplitud, la amplitud de la salida triangular es aproximadamente el doble de la amplitud de la salida sinusoidal. La impedancia interna de salida es de 600 W.
La selección de la forma de onda es realizada por medio del interruptor selector triángulo/seno, S2.
Distorsión de la señal sinusoidal: la distorsión armónica total (THD) de la onda sinusoidal es menor que el 1% en el rango de 10 Hz a 10 KHz y menor que el 3% sobre el rango de frecuencias completo.
La distorsión armónica total de un generador de onda sinusoidal nos indica la pureza de la forma de onda sinusoidal. Si lográramos una THD=0% significaría que hemos logrado una señal sinusoidal perfecta.
Salida de onda cuadrada: el circuito de la figura 2 dispone de 2 salidas de onda cuadrada, con un ciclo de trabajo del 50%. La salida directa de Sync Out del XR2206 corresponde a la variación completa (Vp-p) de la fuente de alimentación. La salida a través de la resistencia R6 (punto L) corresponde a la mitad superior de fuente de alimentación.
Modulación de frecuencia (barrido externo): la frecuencia de la señal de salida puede modularse o barrerse aplicando una tensión de control externa al terminal de barrido externo (punto I). Cuando no sea usado, terminal debe dejarse abierto. La tensión de circuito abierto de este terminal es de aproximadamente 3V por encima de la tensión negativa de alimentación y su impedancia es de aproximadamente 1000 W.
Modulación de amplitud: la amplitud de la salida varía linealmente con la señal modulante aplicada a la entrada AM (punto Q de la figura 2). La amplitud de la salida alcanza su mínimo cuando la tensión de control AM se aproxima a la mitad del total de la tensión de la fuente de alimentación. La fase de la señal de salida se invierte cuando la amplitud atraviesa su valor mínimo. El rango dinámico total es aproximadamente 55 dB (decibeles), con un rango de la tensión de control AM de 4 V con relación a la mitad de la tensión total de la fuente de alimentación. Cuando no se use, el terminal A debe ser dejado en abierto.
Fuente de alimentación: las especificaciones para la fuente de alimentación son como siguen:
Fuente simétrica: ±6V, 15 mA de corriente de carga Fuente única: +12V, 15 mA de corriente de carga
Para la operación con una fuente de alimentación única, deben usarse las resistencias de polarización R14 y R15, el punto de tierra GND debe dejarse flotante y el terminal (-) de la fuente debe conectarse a tierra (GND).
En la figura 3 se ilustran las recomendaciones para alimentación por medio de una fuente simétrica o por medio de baterías.
Fuente de alimentación simétrica, ±6V regulados con diodos zener
Alimentación simétrica con baterías de 6 V.
Figura 3. Transformador T1: Primario 220 V Secundario 12.6 V 0,5 A D1 – D4: 1N4001 o similar D5 – D6: 1N4735 o similar R1 – R2: 51W, ½W, 10%
La realización de la fuente de alimentación corresponde al trabajo práctico de otro grupo, por lo que la información presentada aquí es a título puramente informativo.
Explicación de controles del generador de funciones 1. Interruptor selector de rango de frecuencia, S1: en caso de necesitarse rangos de frecuencia adicionales, estos pueden agregarse usando un interruptor con más posiciones. Además, podría usarse una de las posiciones del interruptor S1 para apagar o encender el equipo, tal como se muestra en la figura 1. 2. Interruptor selector de la onda triangular/sinusoidal, S2: selecciona la salida de onda triangular o sinusoidal. Opcionalmente podemos hacer que este interruptor seleccione todas las opciones de ondas de
salida, a saber: triangular, sinusoidal, cuadrada máxima amplitud y cuadrada mitad de amplitud. Esta es la opción que deberíamos elegir para realizar la salida tal como se muestra en la figura 1. Para lograr esto se deben introducir modificaciones en el circuito de la figura 2 que deberán ser estudiadas y realizadas por los estudiantes.
Trimmers y potenciómetros 3.
Ajuste del nivel offset de CC, R9: es usado para ajustar el nivel cc de la onda triangular o sinusoidal.
0V 4.
0V 5.
2V 6.
7. 8.
Señal con 0V de nivel offset cc
9.
Señal con 2V de nivel offset cc
Figura 4: Explicación del concepto de nivel offset cc de una señal
10. 4. Ajuste de la distorsión de la onda sinusoidal, R10: se usa para minimizar la THD de la salida sinusoidal. 5. Ajuste de la simetría de la onda sinusoidal, R11: se usa para optimizar la simetría de la salida sinusoidal. 6. Control de amplitud, R12: ajusta la amplitud de la salida triangular o sinusoidal. 7. Ajuste de frecuencia, R13: establece la frecuencia del oscilador para cualquier rango del ajuste del interruptor S1. Por lo tanto R13 sirve como sintonizador de frecuencia en un generador de formas de ondas convencional y varía la frecuencia del oscilador en un rango aproximado de 100:1.
LISTA DE MATERIALES
Condensadores
30K W, 1/4W, 10% 100K W, 1/4W, 10% 1K W, 1/4W, 10% 9K W, 1/4W, 10% 5K W, 1/4W, 10% 300K W, 1/4W, 10% 62K W, 1/4W, 10% (RX puede eliminarse para máxima salida) 5.1K W, 1/4W, 10% (Usados en aplicaciones con fuente cc única)
R9 R10 R11 R12 R13
1MW, 1/4W, trimpot 1K W, 1/4W, trimpot 25K W, 1/4W, trimpot 50 K W, control de amplitud lineal 1MW, control de frecuencia, audio taper
Interruptores o switches:
R1 R2 R3, R7 R4 R5, R6 R8 RX R14, R15
Potenciómetros:
10mF/10V, electrolíticos 1mF, no polar, 10%, de mylar 0,1mF, 10%, de mylar 0,01mF, 10%, de mylar 1000pF, 10%, de mylar
Resistencias:
C1, C2, C7 C3 C4 C5 C6
S1 S2
Interruptor rotativo de 1 polo y 5 posiciones (1 para On/Off) Interruptor SPST, deslizante
Otros:
Materiales necesarios para la terminación adecuada del proyecto: caja de proyecto, knobs, conductores, terminales, conectores, leds
ETAPAS DEL PROYECTO
26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35.
Compra de los elementos de la lista de materiales Estudio de los requerimientos y de la teoría de funcionamiento Montaje del circuito sobre protoboard y prueba de los distintos modos de funcionamiento Diagramas de montaje final en caja de proyecto Compra de materiales necesarios para el montaje final Realización de la placa de circuito impreso (PCB) Montaje de los componentes sobre la PCB y terminación de la construcción del proyecto Mediciones de las especificaciones características en los distintos modos de funcionamiento Realización del informe Examen
MEDICIONES MÍNIMAS A REALIZAR
Instrumentos de medición a utilizar:
36. Multímetro digital o analógico 37. Osciloscopio
Mediciones
Para cada rango de frecuencia seleccionado, mida:
Modo Operación Frec.Mínima (Hz) Frec.Máxima (Hz) Vp-p mínima Vp-p máxima Triangular Sinusoidal Cuadrada máx. Cuadrada ½
Modo Operación Nivel cc offset mín. (V) Nivel cc offset máx. (V) Triangular Sinusoidal
Formas de ondas
Dibuje la forma de onda para la señal triangular tal como se la ve en el osciloscopio. Anote los valores máximos y mínimos de la amplitud de la tensión de salida, así como el período medido y la frecuencia calculada de la señal, para l os siguientes casos:
ll. Señal triangular mm. Señal sinusoidal nn. Señal cuadrada oo. Señal de AM, anote además las frecuencia y amplitud de la señal modulante pp. Señal de FM, anote la frecuencia mínima y la frecuencia máxima de la salida para FM.
CUESTIONARIO
43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67.
Para qué sirve un generador de formas de ondas o generador de funciones? Qué es un oscilador electrónico? Qué es el CI XR2206? Cuáles son las ventajas de usar el XR2206 en este proyecto? Cuáles son las diferentes modalidades de operación posibles con este proyecto? Qué es la modulación de amplitud o AM? Qué es la modulación de frecuencia o FM Qué es el nivel offset cc de una señal? Por qué conviene más usar una fuente de alimentación simétrica? Cómo se elige la señal triangular o sinusoidal en el XR2206? La salida de onda cuadrada es compatible para aplicar a circuitos digitales TTL? Cómo se modifica la frecuencia de la señal de salida del generador? Calcule teóricamente las frecuencias mínima y máxima de operación para cada rango. Compare sus resultados con los valores medidos. Cuál es el efecto de variar R10 sobre la forma de onda sinusoidal? Es visible este efecto? Cuál es el efecto de variar R11 sobre la forma de onda sinusoidal? Es visible este efecto? Qué es un protoboard? Por qué usó primeramente un protoboard para el montaje del circuito? Describa el proceso de fabricación del circuito impreso. Cuál fue la máxima dificultad que encontró en la realización de este proyecto? Cómo puede mejorarse este proyecto, qué ot ras características podrían agregársele? Qué es el osciloscopio? Explique como se mide el periodo de una señal usando el osciloscopio. Explique como se mide la frecuencia de una señal usando el osciloscopio. Explique como se mide la amplitud pico a pico de una señal usando el osciloscopio. Explique como saber si una señal presenta un nivel offset cc, usando el osciloscopio.
Generador de Funciones
El Generador de Funciones –también llamado generador de señales o generador de audio- es, después del osciloscopio, uno de los instrumentos de laboratorio más útiles y necesario para realizar un análisis de las virtudes y defectos de la mayoría de los circuitos electrónicos que armamos.
Introducción El siguiente trabajo esta basado en un artículo publicado en la revista Elektor, en el año 1990 (Nº de julio-agosto 1990) al cual se le implementaron algunas modificaciones para adecuarlo a nuestras necesidades. El equipo esta construido en base al popular circuito integrado XR8038A que la empresa Exar lanza al mercado en junio del ’97 en reemplazo del ICL8038 (Intersil) Como su nombre lo indica, un generador de funciones es un equipo electrónico capas de generar señales de forma senoidal, triangular y cuadrada, de parámetros variables. Se puede emplear un generador de este tipo en ensayos de laboratorio, tales como prueba y calibración de sistemas de audio, filtros, pequeños circuitos que requieran una señal patrón de entrada, etc. Este generador de funciones trabaja específicamente en un rengo de frecuencias que van desde 1Hz hasta 100kHz, ancho de banda que abarca, por lejos, el rengo de frecuencias de audio. Dentro de las funciones que podemos encontrar en cualquier generador están, control de frecuencia, amplitud, simetría, rango de barrido y nivel de offset de DC. Cabe aclarar, q en este artículo no presentaremos todas las formulas y los cálculos, ya que se encuentran desarrolladas por el autor en el artículo original, además, en la ficha técnica del integrado también se pueden encontrar todos los cálculos y demás especificaciones para realizar cambios en el diseño aquí presentado, es decir, en este articulo, nos limitamos a realizar el diseño ya calculado y ponerlo a prueba para ver si cumple con todas las especificaciones prometidas y en caso de ser necesarias, introduciremos algunas modificaciones. Por ultimo presentamos los resultados obtenidos. Características generales Debido a la gran cantidad de posibles usos que podamos darle a nuestro generador, este debe poder satisfacer ciertas necesidades básicas, tales como las enunciadas a continuación.
Un amplio rango de frecuencias, el cual estará forzosamente limitado a lo que nuestras aplicaciones más comunes requieran. Elegir un rango de frecuencias demasiado grande implicaría un coste mas elevado, ya que se deberían utilizar materiales y componentes de mayor calidad y una consecuente complicación del diseño de nuestro circuito (por ejemplo, en frecuencias muy elevadas, se debe tener cuidado hasta el diseño del PCB para evitar efectos indeseados) Estabilidad en amplitud y frecuencia, dos cosas extremadamente importantes. Cualquier equipo generador de señales, debe garantizar una amplitud estable de la señal, ya sea dentro de una misma escala y variando la frecuencia, así como también al pasar de una escala a otra. Por su parte, la frecuencia debe también mantenerse lo mas estable posible, durante todo el tiempo que dure el trabajo con el equipo y en diferentes condiciones ambientales (días de calor, con mucha humedad, etc.). Características específicas Se enumeran a continuación las características específicas, las cuales se pretenden satisfacer.
Formas de onda de salida: senoidal, cuadrada y triangular
Distorsión de la senoide: < 1%
Desviación de la frecuencia < 100 ppm/ºC
Linealidad onda triangular: < 0.5%
Frecuencia de trabajo: 1Hz – 100kHz
Amplitud de la salida: Variable hasta 5V
Protección contra cortocircuito: Si
Circuito integrado generador de señales: XR8038A El XR8038 es un generador de formas de onda de gran precisión, capas de producir señales senoidales, cuadradas y triangulares con un número mínimo de componentes y ajustes. Posee una alta estabilidad de la frecuencia ante las variaciones de temperatura (50 ppm/ºC) y las variaciones de la tensión de alimentación. Cuenta además con la posibilidad de realizar modulación en frecuencia (FM) por medio de la variación de la tensión en uno de sus pines (pin 8) Las tres formas de onda generadas, están disponibles al mismo tiempo en diferentes pines.
Características del integrado
Bajo corrimiento de frecuencia, 50 ppm/ºC
Salida senoidal, triangular y cuadrada al mismo tiempo
Baja distorsión en onda senoidal, ≈ 1%
Alta linealidad en onda triangular
Ancho rango de frecuencia, 0.001Hz a 200kHz
Ciclo de trabajo, 2% a 98%
Baja distorsión y variación con la temperatura
Analizando el diagrama en bloques provisto por el fabricante, en la hoja de datos del XR8038 encontramos lo siguiente: dos comparadores, dos fuentes de corriente #1 y #2, un flip-flop que selecciona la fuente de corriente #1 o #2, amplificadores de salidas y un convertidor de onda triangular a senoidal. La tensión de alimentación puede ser de 10V a 30V si utilizamos fuente simple o ±5V a ±15V si usamos fuente simétrica.
Modo de funcionamiento: El funcionamiento es muy simple, analizando el diagrama en bloques podemos ver que un condensador externo C es cargado y descargado por las fuentes de corriente, la fuente de corriente #2 es conectada y desconectada por el flip-flop, mientras que la fuente #1 esta funcionando continuamente. Suponiendo que la fuente #2 este desconectada, el condensador es cargado con la corriente I de la fuente de corriente #1, subiendo la tensión linealmente con el tiempo. Cuando la tensión alcanza un nivel determinado, correspondiente a 2/3Vcc el comparador 1 (Comp1) dispara el flip-flop y hace cambiar de estado a la fuente de corriente #2, esta fuente tiene una capacidad nominal dos veces mayor que #1, o sea 2I, por lo que el condesandor C es descargado con una corriente neta I por estar la fuente #2 en oposición, con eso la tensión en bornes del condensador decrece linealmente con el tiempo. Cuando la tensión de descarga llega a 1/3Vcc el comparador 2 (Comp2) dispara nuevamente el flip-flip, colocándolo en su estado original, iniciando nuevamente el ciclo descrito.
Características de las formas de onda disponibles en la salida Tenemos disponibles tres formas de ondas básicas, cuadrada, triangular y sinusoidal. Con la conmutación de las fuentes de corriente, obtenemos iguales tiempos de carga y descarga del capacitor C, obteniendo así una forma de onda triangular simétrica por el pin 3, si mediante resistencias externas modificamos los parámetros de las fuentes de corriente podremos obtener tiempo distintos de carga y descarga del capacitor, en ese caso a la salida tendremos una forma de onda de diente de cierra. La amplitud de esta forma de onda es de 0.33xVsuply. Si seguimos analizando el diagrama del integrado, vemos que a la salida del flip-flop tenemos una onda cuadrada, la misma esta disponible en el pin 9, nuevamente, variando los parámetros de las fuentes de corriente, podemos obtener una forma de onda rectangular con un amplio
ciclo de trabajo, del 2% al 98% aproximadamente. La amplitud para la onda cuadrada es 0.98x Vsuply prácticamente Vsuply. La forma de onda sinusoidal es creada a partir de la triangular, introduciendo la misma en una red alineal que cumple la función de convertidor triangular-senoidal. Esta red formada por un arreglo de transistores que por medio de aproximaciones por segmentos, nos proporciona una senoidal con un máximo de distorsión de 3% a 100kHz, lo cual es suficiente para nuestros propósitos. La salida senoidal esta disponible por el pin 2 con una amplitud máxima de 0.22xVsuply. Nota: En las formulas puede que encontremos la expresión V cc, entonces Vsuply = Vcc o de igual modo +V y –V las cuales corresponden, en este caso, a un valor de +15V y -15V respectivamente Determinación de componentes principales En primer lugar elegimos una fuente de alimentación simétrica de ±15V para alimentar el XR8038 y el amplificador de salida TL082. El ajuste de frecuencia se realiza mediante el potenciómetro P1 y la selección de escala mediante la llave conmutadora L1 (J2). El ajuste de simetría (ciclo de trabajo) se realiza por medio de P2 y el de distorsión de la onda senoidal con P3 y P4 Como amplificador de salida utilizaremos el integrado TL082, el cual es un doble operacional, al primer operacional llega una de las formas de onda seleccionada a través de L2 (J3-J4), a la salida de este primer operacional se encuentra un divisor resistivo, el cual fue calculado para obtener diferentes niveles de tensión, 5V, 500mV y 5mV, mediante una llave L3 (J5-J6) se puede seleccionar uno de estos valores. El potenciómetro P5 regula la amplitud de la señal y P6 ajusta el nivel de continua presenta en la salida. El segundo operacional se utiliza como integrador para suavizar los bordes de la forma de onda cuadrada. El autor original del artículo en el cual nos basamos para este trabajo eligió utilizar el pin 8 del integrado para lograr el barrido en frecuencia, lo cual nos pareció una buena elección y lo adoptamos nosotros también. La Tabla 1 muestra el juego de capacitares utilizados para obtener las diferentes frecuencias
Paso
Frecuencia
Valor de condensador Esquema
1
1 – 10Hz
4.7µF
C5
2
10 – 100Hz
470nF
C4
3
1 – 1000Hz
47nF
C3
4
1 – 10kHz
4.7nF
C2
5
10 – 100kHz
470pF
C1 Tabla 1
Estos condensadores afectan directamente la estabilidad en frecuencia y calidad de señal. En lo posible han de utilizarse capacitores de la mejor calidad posible, con buen dieléctrico y bajas perdidas. Aun así, buenos resultados se han logrado utilizando capacitores de poliéster de tolerancias del 10%. Con respecto al capacitor C5, el cual es de gran valor, es conveniente evitar usar electrolíticos ya que estos poseen gran deriva de su valor nominal, 25% típicamente y a altas temperaturas su funcionamiento es aun peor, en su lugar se pueden usar capacitores de poliéster si es tamaño no fuese una limitación. Ajuste de simetría para la onda senoidal. A los terminales 12 y 1 se conectan unos potenciómetros de 100kΩ (P3 y P4) que son utilizados para corregir la simetría de la onda senoidal, uno para cada semiciclo. Estos potenciómetros pueden ser del tipo preset (verticales u horizontales) o para una mejor corrección se pueden usar potenciómetros tipo “trimpods” (multivueltas). La resistencia R5 colocada entre el pin 5 y –V, de un valor que puede oscilar entre 3.3MΩ hasta unos 10MΩ, cuya finalidad es la de minimizar la variación de simetría con la frecuencia.
Control de simetria
Calculo de los operacionales. Anteriormente mencionamos los valores de tensión disponible a la salida para cada forma de onda. En la cuadrada tenemos una amplitud de 15V, 6.6V para la senoidal y 10V para la triangular, todos pico a pico. Adaptaremos las ganancias de los amplificadores para obtener como máximo una tensión de 5V.
En el caso de la senoidal, que tenemos 6.6Vpp disponible, y queremos obtener 5V eficaces
(RMS)
Esta ganancia esta determinada por R15 y R9, fijando arbitrariamente R15 = 47kΩ, R9 será:
En el caso de la onda triangular, la relación entre su valor pico y el eficaz no es 1.41, pero para un calculo aproximado podemos proceder de la misma manera que hicimos antes.
La onda cuadrada tiene una amplitud de 15V que se reduce a 5V por medio del divisor resistivo formado por R14 y R10 que tienen una proporción aproximada de 2:1 en este caso se requiere una ganancia de 1, con lo cual R10 asume el valor de 47kΩ igual que R15 y R14 tiene una valor de 100kΩ Los condensadores C9 y C11 de 10pF sirven para integrar el ruido de alta frecuencia que este presente en la señal generada. A la salida del primer amplificador, esta colocado un atenuador, que se conecta a masa por medio de 3 resistencias. El valor de estas no tiene mucha importancia, lo que interesa es la relación entre ellas. Se ha adoptado una resistencia total de 20kΩ, divididas en R16 = 18kΩ, R17 = 1.8kΩ y R18 = 200Ω, para seleccionar los diferentes niveles de salida, 5V, 500mV y 5mV. El conmutador L3 (J5-J6) selecciona el sector del atenuador adecuado, al cual luego le sigue un potenciómetro para obtener un ajuste lineal de la amplitud, el valor del potenciómetro es de 47kΩ al igual que la resistencia R19 en serie, esta resistencia esta también conectada a un divisor resistivo, formado por P6, R21 y R22, por medio del cual se puede ajustar el nivel de continua de la señal (offset). El segundo operacional lo configuramos con una ganancia de uno, por lo que actúa solo como un adaptador de impedancia de salida y sumador de la señal proveniente del primer operacional y el nivel de tensión de offset ajustado con P6.
Para obtener este valor de ganancia unidad, los valores de R19 y R20 deben ser de 47kΩ al igual que R23. Los valores de los demás componentes no son del todo críticos, pudiendo elegirse valores aproximados.
Modificaciones implementadas Respecto al diseño original, la primer modificación que hemos realizado fue quitar los siguientes componentes: D1, D2, Q1, R8, R24, R25 y J7, estos componentes eran para poder hacer una modulación de la onda cuadrada por medio de una onda cuadrada de menor frecuencia, obteniéndose así un tren de pulsos. La segunda modificación es comentada en “Discusión de los resultados obtenidos”
Discusión de los resultados obtenidos Cuando llevamos a cabo la construcción y puesta a punto del generador, nos encontramos que el generador tenía una pequeña distorsión en la onda senoidal y triangular que se puede ver en la foto de abajo.
Formas de onda; arriba: forma de onda del generador construido; abajo: forma de onda del generador patrón
Leyendo la ficha técnica y el articulo original, no pudimos llegar a corregir ese problema, entonces decidimos consultar por Internet a alguna otra persona que hubiera trabajado
anteriormente con este integrado, llego a nuestro conocimiento que ese defecto era algo común en el integrado y que eso se debía a la forma en la que esta construido el circuito internamente. Y que este defecto desaparecía cuando se desconectaba la salida de la onda cuadrada, o sea cuando no se extraía nada de corriente de ese pin. Por lo tanto, la única solución que encontramos para ese problema fue colocar un pequeño interruptor entre el pin 9 y R10, de esta manera, en funcionamiento normal, la forma de onda cuadrada no esta presente, a menos que se encienda dicho interruptor.
Diagramas, Fotos, Modelo terminado
Generador de Funciones
Este montaje permite generar todo tipo de formas de onda de forma simple y totalmente configurable.
Características técnicas: Alimentación: +/- 15V Consumo: 30mA Voltaje máximo de salida: 14Vpp Rango de frecuencias: 1Hz a 100KHz Formas de Onda: Cuadrada Triangular Senoidal Distorsión: < 1% Rangos: 5
Todo el instrumento radica en el integrado ICL8038 el cual es un oscilador controlado por tensión. Ya que el nivel de salida del integrado es fijo para cada forma de onda se ha incorporado otro circuito integrado formado por dos amplificadores operacionales de buena calidad cuya función es primeramente fijar la tensión de salida a 14Vpp para luego pasarla por una red resistiva que se encarga de entregar tres pasos de 5V, 0.5V y 0.05V respectivamente (seleccionable con S3). El ajuste fino de esta tensión se efectúa con el potenciómetro P3 el cual se recomienda sea multivueltas para darle mayor precisión al sistema. El ajuste de la distorsión se efectúa por medio de las resistencias ajustables RA2 y RA3, siendo estas para montaje en circuito impreso y del tipo multivueltas. El potenciómetro P2 permite ajustar la simetría de la señal, permitiendo corregir pequeños cambios causados por la tolerancia de los componentes. También se lo puede emplear para generar formas de onda deformadas como dientes de sierra y pulsos ultra estrechos. El control de la frecuencia de salida se realiza por medio del selector S1, que permite escoger entre rangos desde 1Hz hasta 100KHz, en múltiplos de 10. El potenciómetro P1 es el ajuste fino de dicha frecuencia. También es muy recomendable usar uno multivueltas. Se pueden instalar mas capacitores y un selector de mas posiciones para llegar hasta un capacitor de 1000µF que da la posibilidad de oscilar a 0.01Hz, aunque esto es poco usual queda a gusto del armador implementarlo o no. El potenciómetro P3 es el control de amplitud, el cual trabaja junto con S3 como selectora de escala o rango. El selector S2 permite escoger la forma de onda a obtener siendo T triangular, S senoidal y C cuadrada. Calibración del equipo: Es una tarea si se quiere simple y fácil de realizar incluso sin disponer de un osciloscopio. Una vez conectada la tensión de alimentación comprobar que ésta este en +/-15V. A continuación se ajustará la simetría de la onda. Si tiene osciloscopio hay que conectar las puntas a la ficha de salida del generador. Una vez que la forma de onda sea visible, de la amplitud suficiente como para medirla, girar el cursor de P2 suavemente hasta que la onda visualizada sea simétrica. En caso de no disponer de un osciloscopio dejar todas las resistencias ajustables en la posición central. El ajuste de la distorsión se efectúa mediante las resistencias ajustables RA2 y RA3; la distorsión de mide sobre la onda senoidal. La obtención de dicha forma de onda se lleva a cabo por aproximación lineal por tramos, así que podría ocurrir que aparezcan líneas rectas; si RA2 y RA3 están próximas a su posición central es factible que no se aprecien dichas rectas. Para realizar una mejor aproximación puede tomarse como modelo la señal seno de la tensión alterna de distribución doméstica. Esto siempre y cuando el osciloscopio sea de doble traza. La tensión de off-set se ajusta mediante RA1. Puede comprobarse la tensión eficaz de la onda seno con un voltímetro. Hay que colocar el selector S3 en la posición 5V y se mide la tensión de la señal en una frecuencia no mayor a 10KHz para voltímetros digitales o 100Hz para voltímetros análogos. Variar RA1 hasta que la tensión medida sea 5V. Luego de esto el equipo estará correctamente calibrado y listo para operar. Nota de montaje: Colocar el equipo en un gabinete metálico para evitar que interferencias externas influyan sobre el desempeño del generador de funciones ICL8038.
