Generador de Ondas
LABORATORIO DE ELECTRÓNICA
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PRACTICA 8
INTRODUCCIÓN
Los generadores de funciones son unos aparatos realmente imprescindibles en cualquier taller de diseño o reparación. Básicamente, un generador de funciones es un oscilador que genera una o más señales de distinta forma, amplitud y frecuencia.
Los generadores de funciones pueden dividirse en dos grandes familias, los de baja frecuencia (B.F) y los de radiofrecuencia (R.F). Los generadores de baja frecuencia se utilizan en la reparación, medida y diseño de circuitos de baja frecuencia, por ejemplo amplificadores, atenuadores, filtros, ecualizadores, mezcladores, etc.
Los modelos comerciales de suelen generar tres tipos de ondas (cuadrada, triangular y sinusoidal) con una frecuencia comprendida entre 1Hz y 200Khz, si bien la escala audible por el ser humano no llega más allá de los 20Khz.
Los generadores de radio frecuencia, se utilizan principalmente en la reparación y ajuste de receptores. Suelen generar un solo tipo de onda (sinusoidal) dentro de un amplio margen que va desde los 100Khz hasta 1Ghz en los modelos más avanzados.
Ensamblaremos un generador de funciones de baja frecuencia, el cual genera cuatro formas de onda con una frecuencia ajustable entre 500Hz y 7Kz. En líneas posteriores explicaremos cómo esta sencilla práctica puede ser ampliada por parte del alumno hasta conseguir un completo generador con señales de 1Hz a 500Kz.
FUNCIONAMIENTO
Generador en la figura 1 pueden ver el esquema completo del circuito armar. El funcionamiento es muy sencillo, pues solo empleamos un chip de ocho pines de bajo costo y fácil de localizar.
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El chip (NE567) es ampliamente conocido dentro del mundo electrónico pues se trata de un decodificador de tonos empleado en multitud de circuitos. De este chip solo utilizaremos el oscilador interno, cuya frecuencia depende de los valores de resistencia y condensador aplicados a sus patillas. Directamente en la patilla 5 obtenemos una señal cuadrada. En la patilla 6 se obtiene una señal triangular directamente del generador de corriente constante que forma parte del oscilador interno. En la patilla 8 y por medio de una red externa de resistencia condensador se obtiene una señal en diente de sierra. Para esto, es necesario aplicar a la entrada del comparador de fase del NE567 la señal del oscilador por medio de la resistencia R2. La linealidad de la señal está en función de la frecuencia del generador, y puede ser ajustada variando los valores de R1 y C1, hasta obtener una muy buena señal. La señal triangular es amplificada en corriente por el transistor Q1, que se ha polarizado como seguidor de emisor o colector común. Este circuito, junto a los diodos limitadores D1, D2 y los demás componentes asociados transforma la señal triangular en una de tipo sinusoidal. La distorsión armónica de la señal sinusoidal está en función de la frecuencia del generador y varía desde un 11,8 % a la mínima frecuencia hasta un 1,9 % a la máxima frecuencia. Esta distorsión puede ser reducida empleando otros diodos (Zener), o mejor aun añadiendo un filtro paso bajo. 3
De cualquier forma esta distorsión es lo suficientemente baja, para la mayoría de las aplicaciones no es ningún problema. MONTAJE
Para el montaje de este circuito solo es necesario unas pinzas alicate de corte, un soldador de punta fina (30 ó 40w) y un poco de estaño de buena calidad. Primero identifiquen y ordenen cada uno de los componentes de la lista, después procedemos a montarlos siguiendo su referencia en los puntos indicados en la serigrafía de la placa. Los primeros componentes a montar son las resistencias. Estos elementos, se soldarán en posición vertical tal y como muestran las fotografías. Procuren no equivocar el valor de cada una de ellas. El siguiente elemento a soldar es el pequeño puente de hilo que está situado justo debajo del chip U1. Este puentecito, se hace con una patilla sobrante de una resistencia de las que anteriormente hemos soldado. Procuren no olvidar este puente, pues de lo contrario la señal en diente de sierra se genera de manera errónea. Los siguientes componentes a montar son los condensadores. Recuerden que el condensador C3 es del tipo electrolítico, y por tanto tiene una polaridad que debemos respetar. Los últimos componentes a soldar son el transistor Q1, los diodos D1 y D2, y el chip U1. Todos estos componentes tienen una posición que está marcada en la serigrafía de la placa, por tanto procuren no ponerlos al revés pues el circuito no funcionaría, y el chip podría estropearse.
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AJUSTE
El circuito no requiere de ningún ajuste y debe de funcionar a la primera si no han cometido ningún error. La resistencia ajustable P1, nos permite variar la frecuencia del generador dentro de un margen de 500 Hz a 7Kz. Podemos ver las distintas señales en un osciloscopio clásico o aún mejor en el osciloscopio para PC.
SI NO FUNCIONA
El diseño y la placa de este circuito de regalo han sido verificados y su funcionamiento es perfecto, por tanto si el circuito no funciona se debe con toda seguridad a un error de montaje o soldadura.
1° Revise que todos los componentes están soldados en su lugar correspondiente.
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2° Compruebe que no existan valores equivocados es fácil poner una resistencia de un valor equivocado en otro lugar que no le corresponde.
3° Revise la posición de todos los componentes que tengan polaridad, como son el condensador C3, los diodos D1, D2, el transistor Q1 y el circuito integrado U1. Si estos componentes se montan al revés el circuito no funciona.
4° No olvide realizar el pequeño puente de alambre debajo de U1.
5° Repase todas las soldaduras en busca de cortocircuitos por el estaño o soldaduras frías.
AMPLIACIONES Y MEJORAS
Como siempre, estos circuitos están abiertos a multitud de ampliaciones y mejoras por parte del estudiante, de manera que el circuito puede ser ampliado para mejorar sus prestaciones.
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AÑADIR UN BUFFER
La primera mejora sería añadir un buffer o amplificador de corriente que nos permita aplicar las señales a circuitos de baja impedancia, como por ejemplo altavoces. También es muy recomendable obtener un control de amplitud de la señal de salida. Todo esto puede realizarse con una simple etapa de un transistor en modo de seguidor de emisor o colector común. El circuito necesario pueden verlo en la figura 2.
Lo mejor de esta ampliación es que no necesitan modificar la placa, pues la hemos diseñado expresamente para que ustedes puedan añadir si así lo desean los cinco componentes que serían necesarios para realizarla.
De esta manera, y por medio de la resistencia ajustable Pot2, podemos variar la amplitud de la señal y aplicarla sin problemas de impedancia. 8
La señal de salida se obtiene en los puntos marcados en la placa como 1 y 2, y la selección de la señal se realiza con un conmutador rotativo de cuatro posiciones, donde el común se suelda al punto marcado como C (común) en la placa, y los otros cuatro puntos a las salidas marcadas como S1 aS4. Los componentes necesarios para esta ampliación son de un precio muy reducido y pueden localizarse sin ningún problema en cualquier comercio de electrónica de su zona.
AÑADIR CONMUTADORES
Otra mejora, es utilizar dos conmutadores de cuatro posiciones, para poder seleccionar la señal de salida y la escala de frecuencias. La selección de la señal de salida se realiza con un conmutador conectado como se indica en la anterior mejora.
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Para conmutar las escalas de frecuencia, se debe de soldar el común del conmutador en uno de los puntos de soldadura del condensador C2 (que naturalmente antes hemos desoldado). En las cuatro puntas del conmutador soldaremos respectivamente condensadores de 1nF, 10nF, 100nF y 1uF. Las patillas sobrantes de los condensadores se unirán entre sí y se soldarán al punto de soldadura libre de C2. Para entender mejor este paso, pueden ver la figura 3.
El generador de funciones necesita de una fuente de alimentación estabilizada de 9v. Esta tensión no debe superarse pues se estropea el circuito integrado U1. La manera más rápida de conseguir esta tensión, es por medio de una pila de 9v del tipo 6F22. Sin embargo ésta no es una buena solución para un aparato de laboratorio, por tanto lo mejor es diseñar y construir una fuente adecuada para alimentar el circuito. AÑADIR UNA FUENTE
Otra buena mejora es incorporar un medidor de frecuencia para poder ajustar la frecuencia de salida sin necesidad de aparato de medida alguno. Esta función es muy práctica cuando se necesita una frecuencia exacta (por ejemplo 1Khz) para realizar una medida. El frecuencímetro puede tener una entrada externa, que podemos utilizar para medir señales de otros circuitos.
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NOTAS PARA LOS ALUMNOS: (OPTATIVO) El reporte final de la práctica deberá ser entregado a máquina o en procesador de 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
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