Generador de Ondas
LABORATORIO DE ELECTRÓNICA
1
PRACTICA 8
INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN El ICL8038 es un circuito integrado monolítico capaz de producir formas de onda senoidales, cuadradas, triangulares, diente de sierra y pulsos con gran precisión. La frecuencia de la señal de salida puede seleccionarse, mediante los valores de los componentes externos, entre 0.001 Hz hasta 1Mhz. No obstante, el esquema que presentamos es un generador de funciones de audio que abarca el espectro de 20Hz hasta los 20KHz. Como que el integrado es, de hecho, un oscilador controlado por tensión, admite modulación de frecuencia a través del terminal 8, aunque en el circuito presentado esta característica no se encuentra operativa. El 8038 se encapsula en cinco versiones diferentes identificándose por los prefijos: AM, OM, AC, BC, CC. La primera letra (A,B o C) selecciona al chip en función de ciertas propiedades, tales como el encapsulado, distorsión, etc. La segunda letra identifica el margen de la temperatura de trabajo. El modelo con la letra C (comercial) abarca un margen de temperaturas desde cero hasta +70 grados centígrados y el modelo con la letra M (militar) abarca un margen de temperaturas de trabajo desde -55 grados centígrados hasta +125 grados centígrados.
INFORMACIÓN El generador de funciones es un equipo capaz de generar señales variables en el dominio del tiempo para ser aplicadas posteriormente sobre el circuito bajo prueba.
Las formas de onda típicas son las triangulares, cuadradas y senoidales. También son muy utilizadas las señales TTL que pueden ser utilizadas como señal de prueba o referencia en circuitos digitales. Otras aplicaciones del generador de funciones pueden ser las de calibración de equipos, rampas de alimentación de osciloscopios, etc.
2
Aunque existen multitud de generadores de funciones de mayor o menor complejidad todos incorporan ciertas funciones y controles básicos que pasamos a describir a continuación. Generador de funciones:
1. Selector de funciones. Controla la forma de onda de la señal de salida. Como comentábamos puede ser triangular, cuadrada o senoidal. 2. 2. Selector de rango. Selecciona el rango o margen de frecuencias de trabajo de la señal de salida. Su valor va determinado en décadas, es decir, de 1 a 10 Hz, de 10 a 100, etc. 3. Control de frecuencia. Regula la frecuencia de salida dentro del margen seleccionado mediante el selector de rango. 4. Control de amplitud. Mando que regula la amplitud de la señal de salida. 5. DC offset. Regula la tensión continua de salida que se superpone a la señal variable en el tiempo de salida. 6. Atenuador de 20dB. Ofrece la posibilidad de atenuar la señal de salida 20 dB (100 veces) sobre la amplitud seleccionada con el control numero 4. 7. Salida 600ohm. Conector de salida que entrega la señal elegida con una impedancia de 600 ohmios. 8. Salida TTL. Entrega una consecución de pulsos TTL (0 - 5V) con la misma frecuencia que la señal de salida.
UTILIZACIÓN Lo primero que deberemos realizar será seleccionar el tipo de señal de salida que necesitamos (triangular, cuadrada o senoidal). 3
A continuación se debe fijar la frecuencia de trabajo utilizando los selectores de rango y mando de ajuste. Muchos generadores de funciones modernos incorporan contadores de frecuencia que permiten un ajuste preciso, no obstante y en caso de ser necesario se pueden utilizar contadores de frecuencia externos, osciloscopios o incluso analizadores de espectros para determinar la frecuencia con mayor precisión. El siguiente paso será cargar la salida y fijar la amplitud de la señal así como la tensión de continua de offset siempre que sea necesaria, como en el caso del ajuste de frecuencia podemos utilizar distintos equipos de medida para ajustar el valor de amplitud. Para niveles de potencia bajos será necesario activar el atenuador interno del generador. Para evitar deformaciones en las señales de alta frecuencia es indispensable cuidar la carga de salida, evitar capacidades parásitas elevadas y cuidar las características de los cables. Objetivos de aprendizaje. Comprender el funcionamiento de un generador de onda Utilizar un osciloscopio con dos canales y una base de tiempo, para comprobar las señales de un generador de onda. Materiales provistos por el laboratorio
INVESTIGACIÓN PREVIA
Que es osciloscopio
Partes de un osciloscopio
Funcionamiento de un osciloscopio
4
EQUIPO: ALU MNO :
UNIVERSIDAD: 1 Osciloscopio de dos canales Juego de Puntas Necesarias a criterio del alumno (Caimán - Caimán, BNC-BNC,BNC –Caimán, Caimán – Banana, Banana - Banana) 1 Computadora con Multisim 1 Fuente Regulada de Voltaje de 15V
MATERIALES: UNIVERSIDAD:
ALUMNO: 1 Protoboard 1 Integrado ICL8038 1 Potenciómetro P1 de 10K 1 Potenciómetro P2 de 500 1 Potenciómetro P3 de 47k 1 Potenciómetro RA3 de 100k 1 Potenciómetro RA2 de 100k 1 Potenciómetro RA1 de 10k 2 Amplificadores operacionales JFET TL082 4 Resistencias de 47K 1 Resistencia de 1.8K 1 Resistencia de 18K 4 Resistencias de 100k 2 Resistencias de 47 1 Resistencia de 4.7M 2 Interruptores 1 polo tres tiros 1 Interruptor 1 polo cinco tiros 2 Capacitores Cerámicos de 10 pF 1 Resistencia de 27k 2 Capacitores electrolíticos de 47 F 3 Capacitores Cerámicos de 100nF 1 Capacitor Electrolítico de 100uF 6 Resistencias de 10k 3 Resistencias de 3.3k 5
1 Resistencia de 33k 1 Resistencia de 22k 1 Resistencia de 50k 1 capacitor Cerámico de 10nF 1 Capacitor Cerámico de 1nF 1 Capacitor Electrolítico de 1uF 1 Capacitor Electrolítico de 10uF
PROCEDIMIENTO
6
Procedimiento: 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. 7
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 (opcional): Colocar el equipo en un gabinete metálico para evitar que interferencias externas influyan sobre el desempeño del generador de funciones ICL8038.
NOTAS PARA LOS ALUMNOS: (OPTATIVO) El reporte final de la práctica deberá ser entregado a máquina o en procesador de 8
textos (PC) sin excepción. Las prácticas impresas solo sirven de guía y referencia. No se aceptan copias fotostáticas del reporte final. La entrega del reporte final de la práctica es por alumno.
CONCLUSIONES DE APRENDIZAJE:
RECURSOS BIBLIOGRAFICOS:
Fascinating I.C Projects, P.K. Aggarwal,Editorial BPB, 1990. Power Supplies for All Occasions, M.C. Sharma, Editorial BPB, 1990. Fundamentos de microelectrónica, nanoelectrónica y fotónica Albella Martín, José María Pearson 2005 Electrónica: teoría de circuitos Boylestad, Robert L. Pearson 1997 Fundamentals of semiconductor devices Anderson, Betty Lise McGraw Hill 2005
9