Generador de funciones

En esta publicación/entrada expongo un generador de onda cuadrada de amplio rango, también muestro y explico el funcionamiento de un convertidor de onda sinusoidal a cuadrada, al final dejaré una imagen con dos diagramas de osciladores Colpitts con rango de 1 a 100MHz.

La información la obtuve de dos libros:

  • Rudolf F Graf. (1999). Circuitos osciladores. Madrid: Paraninfo.
  • R M Marston. (1987). 110 Montajes con semiconductores. Barcelona: Marcombo Boixareu Editores.

Les recomiendo que vean mi publicación anterior (El oscilador Colpitts) donde realizo una extensa explicación sobre el funcionamiento de un oscilador y sus principales problemas, además muestro un montaje con valores específicos para una oscilación a 100KHz.

Generador de onda cuadrada

Escáner_20171212

El transistor 2N2646 es de unión única (UniJuntion Transistor) con factor intrínseco η de 0.75, observamos que en el emisor se encuentra un capacitor que se carga y descarga continuamente a través del UJT, enviando pulsos hacia el circuito astable.

Los transistores Q2 y Q3 forman un multivibrador biestable de tipo NPN conocido también como “circuito divisor por dos”. Al final de cada ciclo de disparo del transistor de unión única, el impulso positivo entre extremos de R4 queda aplicado a los respectivos emisores de Q2 y Q3 dando lugar a que el multivibrador cambie su estado. cada dos ciclos funcionales o disparos del transistor de unión única se convierten en un sólo ciclo completo del multivibrador, de manera que la salida de este último, tomada de cualquiera de los dos colectores (de Q2 o Q3), es una onda cuadrada ‘perfecta’ de frecuencia igual a la mitad de la de disparo del UJT. Las señales en cada uno de los colectores se hallan desfasadas entre sí en 180°.

Intenté simular el circuito en Multisim y Proteus, sin embargo, no logré obtener resultados ya que no estaban disponibles los UJT en los simuladores. Hay que remarcar que la frecuencia de oscilación no se encuentra ajustada bajo alguna relación (para fines de cálculos), sin embargo se ocupan las condiciones que aparecen en la parte inferior del diagrama como sugerencia de diseño; donde C2=C3, estos no deben ser menores a 100pF y C1 debe ser aproximadamente 100 veces el valor de C2 o C3.

Es evidente que la resistencia variable R1 de 500KΩ regulará la frecuencia del biestable, ya que es la encargada de que el capacitor se cargue, por lo tanto la frecuencia generada por el biestable será inversamente proporcional al valor de R1.

Cuando C1 alcanza cierto voltaje, permite la conducción entre las bases del UJT, C1 se descarga (sobre R4) al tener lugar la conducción entre las bases del UJT, el pulso de salida es:

UJT

En el diagrama original olvidé colocar el valor de R3 que se encuentra de la base del UJT a Vcc, este valor es igual al de R4 (100Ω). Queda pendiente el montaje en físico para observar el comportamiento de la señal; la relación de su frecuencia con R1, la amplitud de la señal y posibles distorsiones que esta tenga. Si desean montar un generador de funciones/señales les recomiendo que utilicen el integrado XR2206:

XR2206
Generador de funciones de bajo costo, fácil de montar

Convertidor de onda sinusoidal a cuadrada

El circuito a continuación es derivado de la báscula de Schmitt que normalmente es un interruptor eléctrico accionado por tensión.

diagrama convertidor 2
Diagrama del convertidor de onda sinusoidal a cuadrada, entrada en C1, salida en C4.

Los valores de R1 y R2 se eligen de manera que Q1 permanezca normalmente cerrado, condición en la que la parte superior de R4 se halla a un potencial muy próximo al de la línea positiva de alimentación de manera que Q2 queda fuertemente polarizado y su colector se halla casi al potencial de masa.

La conducción del transistor Q1 puede abrirse totalmente aplicando una señal positiva a su base; cuando esto ocurre, el punto superior de R4 queda al potencial de masa y Q2 cierra su conducción quedando su colector casi al potencial positivo de la línea d alimentación.

Los valores R3, R6 y R7 se han elegido de manera que tenga lugar una acción regenerativa cuando los transistores cambian de estado. Así el circuito actúa como un conmutador electrónico que puede ser disparado de uno a otro estado de conducción mediante la simple aplicación de una tensión de entrada adecuada. Las alternancias positivas de entrada en Q1 abren el circuito  mientras las negativas lo cierran.

Este circuito tiene una impedancia de entrada de aproximadamente 40KΩ y precisa de una onda sinusoidal de entrada con tensión superior a 100mV eficaces. Q1 está dispuesto como un preamplificador de emisor común mientras que la báscula de Schmitt está formada por Q2 y Q3.

Pueden conseguirse frecuencias comprendidas entre unos pocos Hz hasta poco más de 100KHz. El valor de R4 debe ajustarse para obtener la relación 1-1 entre marca y espacio en los impulsos. El valor de C3 debe ajustarse para mejorar la forma de onda cuadrada en altas frecuencias.

Diagrama convertidor
Convertidor acoplado a un oscilador Colpitts

La simulación del circuito convertidor, acoplado a la simulación de un oscilador arrojó una función cuadrada con mucho ruido, pero este se debe principalmente a que el simulador trabaja bajo ciertos parámetros matemáticos y de cierta manera es demasiado perfecto:

osciloscopio convertidor
Se puede apreciar que al circuito le faltan algunos ajustes para obtener una relación 1-1 entre las marcas y espacios.

En la imagen podemos observar ciertas discontinuidades en las marcas positivas, pero como dije: esto se debe a que el simulador es demasiado ideal. También se observa que hace falta subir un poco el nivel positivo de la señal para lograr una función simétrica en relación a los voltajes máximos y mínimos, esto se logra fácilmente aumentando el valor de R8, R10, R11 o R14. Estoy seguro que el montaje real no mostrará distorsiones como las que aparecen en la simulación.

whatsapp-image-2017-12-15-at-12-34-42-am-2-e1513319936430.jpeg
Cuando tenga un escaner a la mano lo subiré nuevamente, no recuerdo el número del fet que está en la salida del segundo circuito.

Espero que les sirva de algo, por lo menos para conocer un poco más sobre osciladores y generadores. Estaré encantado de leer sus comentarios, que tengan excelente día.

[…] “El escrutinio de los casos particulares es el camino más productivo”
–Chomsky

“La educación debe formar al hombre mejor, libre de prejuicios sociales y falsos orgullos, haciéndolo capaz de un raciocinio que muestre una cabeza mejor formada que llena”
–M Montaigne

Un comentario en “Generador de funciones

  1. Muchas gracias Ing. Alberto, excelentes ejemplos. Cómo puedo hacer que la frecuencia con onda cuadrada se barra de 1 KHz a 20 KHz por ejemplo?
    Muchas gracias

    Me gusta

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s