Haz una pregunta
  Foros de Electrónica » Diseño analógico » Diseño de circuitos en general
Foros Registrarse ¿Olvidaste tu contraseña?

Temas similares

20/04/2010 #1

Avatar de XandroX

[APORTE] Generador de Señales
Saludos a todos, en esta oportunicad les traigo el diseño de un Generador de Funciones utilizando el conocido integrado XR8038, la transcripcion del articulo original ya ha sido presentado en este foro (Construcción de un Generador De Funciones De Audio) por el amigo Fogonazo, es por eso que esta publicacion apunta un poco mas a presentar los resultados obtenidos al llevar a la practica ese mismo diseño presentado originalmente por la gente de Elektor

Espero les sea util, Saludos!


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 Vcc, 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

Código:
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












El articulo completo tambien puede ser encontrado aca: Electronic Design - Generador de Funciones.

Los archivos de esquemas y pcb si por favor los pueden descargar de aca, ya que ahora mismo no los puedo subir:
[Descarga de arcchivos]
http://sites.google.com/site/electro...ing/archivador

Cualquier comentario o critica es bienvenida
Saludos

20/04/2010 #2

Avatar de rash

Respuesta: [APORTE] Generador de Señales
OK¡¡¡ buen trabajo, enhorabuena y gracias por compartir

saludos
20/04/2010 #3

Avatar de cosmefulanito04

Respuesta: [APORTE] Generador de Señales
La verdad que esta bueno, te felicito .
29/12/2010 #4


Muy bueno la verdad es que se agradecen este tipo de aportes...saludos
Respuesta
¿Tienes una mejor respuesta a este tema? ¿Quieres hacerle una pregunta a nuestra comunidad y sus expertos? Registrate

Buscar más temas sobre:
Lupa Diseño de circuitos en general

Alarmas, temporizadores, acondicionadores de señal...

Cerrar
Foros de Electrónica » Diseño analógico » Diseño de circuitos en general

Powered by vBulletin® Version 3.8.4
Copyright ©2000 - 2017, Jelsoft Enterprises Ltd.
Search Engine Optimization by vBSEO ©2011, Crawlability, Inc.