Circuito generador de funciones con un solo IC 4049

En esta publicación, aprenderemos cómo construir 3 circuitos generadores de funciones simples usando un solo IC 4049, para generar ondas cuadradas, ondas triangulares y ondas sinusoidales precisas a través de operaciones de conmutación fáciles.

Usando solo un bajo costo CMOS IC 4049 y un puñado de módulos separados, es fácil crear un generador de funciones robusto que proporcionará un rango de tres formas de onda alrededor y más allá del espectro de audio.

El propósito del artículo era crear un generador de frecuencia de código abierto, básico y rentable que sea fácil de construir y utilizado por todos los aficionados y profesionales de laboratorio.

Sin duda, este objetivo se ha logrado, ya que el circuito proporciona una variedad de formas de onda sinusoidales, cuadradas y triangulares y un espectro de frecuencia de aproximadamente 12 Hz a 70 KHz emplea un solo IC inversor hexagonal CMOS y algunos elementos separados.

Sin duda, es posible que la arquitectura no ofrezca la eficiencia de circuitos más avanzados, especialmente en términos de consistencia de forma de onda a frecuencias aumentadas, pero, no obstante, es un instrumento increíblemente útil para el análisis de audio.

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Diagrama de bloques

Los conceptos básicos de funcionamiento del circuito del diagrama de bloques mostrado arriba. La sección principal del generador de funciones es un generador de onda triangular / cuadrada que consta de un integrador y un disparador Schmit.

Una vez que la salida del disparador Schmitt es alta, el voltaje que retroalimenta desde la salida Schmitt a la entrada del Integrador permite que la salida del Integrador tenga una rampa negativa antes de exceder el nivel de salida más bajo del disparador Schmitt.

En esta etapa, la salida del disparador Schmitt es lenta, por lo que el pequeño voltaje que se devuelve a la entrada del integrador le permite aumentar positivamente antes de que se alcance el nivel de disparo superior del disparador Schmitt.

La salida del disparador Schmitt vuelve a ser alta, y la salida del integrador vuelve a tener picos negativos, y así sucesivamente.

Los barridos positivos y negativos de la salida del integrador representan una forma de onda triangular cuya amplitud se calcula mediante la histéresis del disparador de Schmitt (es decir, la diferencia entre los límites de disparo alto y bajo).

La producción del disparador Schmitt es, naturalmente, una onda cuadrada formada por estados de salida altos y bajos alternados.

La salida del triángulo se suministra a un modelador de diodos a través de un amplificador de búfer, que redondea los altos y bajos del triángulo para crear una señal aproximada a una onda sinusoidal.

Luego, cada una de las 3 formas de onda puede elegirse mediante un interruptor selector de 3 vías S2 y suministrarse a un amplificador de búfer de salida.

Cómo funciona el circuito

El diagrama de circuito completo del generador de funciones CMOS como se ve en la figura anterior. El integrador está construido en su totalidad utilizando un inversor CMOS, Nl, mientras que el mecanismo Schmitt incorpora 2 inversores de retroalimentación positiva. Es N2 y N3.

La siguiente imagen muestra los detalles de distribución de pines del IC 4049 para aplicar en el esquema anterior

El circuito funciona de esta manera considerando, por el momento, que el limpiaparabrisas P2 se encuentra en su ubicación más baja, siendo la salida de N3 alta, una corriente equivalente a:

Ub - U1 / P1 + R1

viaja a través de R1 y p1, donde Ub indica la tensión de alimentación y Ut la tensión de umbral N1.

Debido a que esta corriente no puede pasar a la entrada de alta impedancia del inversor, comienza a viajar hacia C1 / C2 dependiendo de qué condensador esté en línea con el interruptor S1.

Por tanto, la caída de voltaje sobre C1 disminuye linealmente de manera que el voltaje de salida de N1 aumenta linealmente antes de que se acerque al voltaje de umbral más bajo del disparador Schmitt justo cuando la salida del disparador Schmitt se vuelve baja.

Ahora un equivalente actual a -Salida / P1 + R1 fluye a través de R1 y P1.

Esta corriente siempre fluye a través de C1, de modo que el voltaje de salida de N1 aumenta exponencialmente hasta que se alcanza el voltaje límite máximo del disparador Schmitt, la salida del disparador Schmitt aumenta y todo el ciclo comienza de nuevo.

Para mantener la simetría de la onda triangular (es decir, la misma pendiente para las partes positiva y negativa de la forma de onda), las corrientes de carga y descarga del condensador deben ser idénticas, lo que significa que Uj, -Ui debe ser idéntica a Ut.

Sin embargo, lamentablemente, Ut decidido por los parámetros del inversor CMOS, normalmente es del 55%. El voltaje de la fuente Ub = Ut es de aproximadamente 2,7 V con 6 V y Ut aproximadamente a 3,3 V.

Este desafío se supera con P2, que requiere una modificación de la simetría. Por el momento, considere que ese R-está relacionado con la línea de suministro positiva (posición A).

Independientemente del ajuste de P2, el alto voltaje de salida del disparador Schmitt siempre permanece en 11.

Sin embargo, cuando la salida de N3 es baja, R4 y P2 establecen un divisor de potencial tal que, según la configuración del limpiador de P2, un voltaje entre 0 V y 3 V podría regresar a P1.

Esto asegura que el voltaje ya no sea -Ut y Up2-Ut. En caso de que el voltaje del deslizador P2 sea de alrededor de 0,6 V, entonces Up2-Ut debería estar alrededor de -2,7 V, por lo que las corrientes de carga y descarga serían idénticas.

Obviamente, debido a la tolerancia en el valor de Ut, el ajuste P2 debe realizarse para que coincida con el generador de funciones específicas.

En situaciones en las que Ut es menos del 50 por ciento del voltaje de entrada, podría ser apropiado conectar la parte superior de R4 a tierra (posición B).

Se pueden encontrar un par de escalas de frecuencia, que se asignarán usando S1 12 Hz-1 kHz y 1 kHz a aproximadamente 70 kHz.

El control de frecuencia granular está dado por P1 que cambia la corriente de carga y descarga de C1 o C2 y, por lo tanto, la frecuencia a través de la cual el integrador sube y baja.

La salida de onda cuadrada de N3 se envía a un amplificador de búfer a través de un interruptor selector de forma de onda, S2, que consta de un par de inversores polarizados como un amplificador lineal (conectados en paralelo para mejorar la eficiencia de la corriente de salida).

La salida de onda triangular se proporciona a través de un amplificador de búfer N4 y desde allí mediante el interruptor selector a la salida del amplificador de búfer.

Además, la salida del triángulo de N4 se agrega al modelador de seno, que consta de R9, R11, C3, Dl y D2.

D1 y D2 extraen poca corriente hasta alrededor de +/- 0.5 voltios, pero su diversa resistencia cae más allá de este voltaje y limitan logarítmicamente los altos y bajos del pulso triangular para crear un equivalente a una onda sinusoidal.

La salida sinusoidal se transmite al amplificador de salida a través de C5 y R10.

P4, que varía la ganancia de N4 y, por tanto, la amplitud del pulso triangular suministrado al modelador del seno, cambia la transparencia del seno.

Un nivel de señal demasiado bajo, y la amplitud del triángulo estaría por debajo del voltaje de umbral del diodo, y continuará sin alteración, y un nivel de señal demasiado alto, los altos y bajos se recortarían fuertemente, lo que no proporcionaría una buena onda sinusoidal formada.

Las resistencias de entrada del amplificador de búfer de salida se eligen de modo que las tres formas de onda tengan un voltaje de salida de pico nominal a mínimo de alrededor de 1,2 V. El nivel de salida podría cambiarse a través de P3.

Procedimiento de configuración

El método de ajuste es simplemente cambiar la simetría del triángulo y la pureza de la onda sinusoidal.

Además, la simetría del triángulo se optimiza idealmente examinando la entrada de la onda cuadrada, ya que se produce un triángulo simétrico si el ciclo de trabajo de la onda cuadrada es del 50% (espacio de marca 1-1).

Para hacer esto, deberá ajustar el P2 preestablecido.

En una situación en la que la simetría aumenta a medida que el limpiaparabrisas P2 se mueve hacia abajo hacia la salida de N3 pero no se puede lograr la simetría correcta, la parte superior de R4 debe unirse en la posición alternativa.

La pureza de la onda sinusoidal se cambia ajustando P4 hasta que la forma de onda 'se vea perfecta' o variando para una distorsión mínima solo si hay un medidor de distorsión para verificar.

Dado que la tensión de alimentación afecta la tensión de salida de las diferentes formas de onda y, por tanto, la pureza del seno, el circuito debe alimentarse con una alimentación robusta de 6 V.

Cuando las baterías se utilizan como baterías de fuente de alimentación, nunca se deben forzar a funcionar demasiado hacia abajo.

Los circuitos integrados CMOS utilizados como circuitos lineales consumen más corriente que en el modo de conmutación habitual y, por lo tanto, la tensión de alimentación no debe superar los 6 V o, de lo contrario, el circuito integrado puede calentarse debido a una fuerte disipación térmica.

Otra excelente forma de construir un circuito generador de funciones puede ser a través del IC 8038, como se explica a continuación.

Circuito generador de funciones con IC 8038

El IC 8038 es un IC generador de forma de onda de precisión especialmente diseñado para crear formas de onda de salida sinusoidal, cuadrada y triangular, incorporando el menor número de componentes electrónicos y manipulaciones.

Su rango de frecuencia de trabajo podría determinarse a través de 8 pasos de frecuencia, comenzando desde 0.001Hz a 300kHz, a través de la selección apropiada de los elementos R-C adjuntos.

La frecuencia de oscilación es extremadamente estable independientemente de la temperatura o las fluctuaciones del voltaje de suministro en un amplio rango.

Además, el generador de funciones IC 8038 ofrece un rango de frecuencia de trabajo de hasta 1 MHz. Se puede acceder al mismo tiempo a las tres salidas de forma de onda fundamentales, sinusoidal, triangular y cuadrada a través de los puertos de salida individuales del circuito.

El rango de frecuencia del 8038 se puede variar a través de una alimentación de voltaje externa, aunque la respuesta puede no ser muy lineal. El generador de funciones propuesto también proporciona una simetría triangular ajustable y un nivel de distorsión de onda sinusoidal ajustable.

Generador de funciones con IC 741

Este circuito generador de funciones basado en IC 741 ofrece una mayor versatilidad de prueba en comparación con el generador de señales de onda sinusoidal típico, proporcionando ondas cuadradas y triangulares de 1 kHz juntas, y es de bajo costo y muy simple de construir. Como parece, la salida es de aproximadamente 3 V ptp en onda cuadrada y 2 V r.m.s. en la onda sinusoidal. Es posible que se incluya rápidamente un atenuador conmutado si desea ser más suave con el circuito que se está probando.

Cómo montar

Comience a colocar las piezas en la PCB como se muestra en el diagrama de diseño de componentes y asegúrese de insertar correctamente la polaridad del zener, los electrolíticos y los circuitos integrados.

Como instalar

Para configurar el circuito generador de funciones simples, simplemente ajuste RV1 hasta que la forma de onda sinusoidal esté ligeramente por debajo del nivel de recorte. Esto le proporciona la onda sinusoidal más eficaz a través del oscilador. El cuadrado y el triángulo no requieren ningún ajuste o configuración específicos.

Cómo funciona

1. En este circuito generador de funciones IC 741, el IC1 está configurado en forma de un oscilador de puente de Wien, operando a una frecuencia de 1 kHz.
2. El control de amplitud es proporcionado por los diodos D1 y D2. La salida de este IC se conduce a través de la toma de salida o al circuito de cuadratura.
3. Este está conectado a SW1a mediante C4 y es un disparador Schmidt (Q1 -Q2). El zener ZD1 funciona como un disparador 'libre de histéresis'.
4. El integrador IC2, C5 y R10 genera la onda triangular a partir de la onda cuadrada de entrada.

Generador de funciones UJT simple

los oscilador unijunction que se muestra a continuación, se encuentra entre los generadores de dientes de sierra más fáciles. Las dos salidas de esto dan, a saber, una forma de onda de diente de sierra y una secuencia de pulsos de disparo. La onda sube desde alrededor de 2V (el punto del valle, Vv) hasta el pico máximo (Vp). El punto máximo se basa en la fuente de alimentación Vs y la relación BJT de separación, que puede oscilar entre aproximadamente 0,56 y 0,75, siendo 0,6 un valor común. El período de una oscilación es aproximadamente:

t = - RC x 1n [(1 - η) / (1 - Vv / Vs)]

donde '1n' indica el uso del logaritmo natural. Considerando valores estándar, Vs = 6, Vv = 2 y la = 0,6, la ecuación anterior se simplifica a:

t = RC x 1n (0,6)

Dado que la carga del condensador es incremental, la pendiente creciente del diente de sierra no es lineal. Para muchas aplicaciones de audio, esto apenas importa. La Figura (b) muestra el condensador de carga a través de un circuito de corriente constante. Esto permite que la pendiente ascienda en línea recta.

La tasa de carga del capacitor ahora es constante, independiente de Vs, aunque Vs todavía influye en el punto máximo. Dado que la corriente depende de la ganancia del transistor, no existe una fórmula simple para medir la frecuencia. Este circuito está diseñado para trabajar con bajas frecuencias y tiene implementaciones como generador de rampa.

Uso de amplificadores operacionales LF353

Se utilizan dos amplificadores operacionales para construir un circuito generador de ondas cuadradas y triangulares precisos. El conjunto LF353 incluye dos amplificadores operacionales JFET que son los más adecuados para esta aplicación.

Las frecuencias de la señal de salida se calculan mediante la fórmula f = 1 / RC . El circuito muestra un rango operativo extremadamente amplio sin apenas distorsión.

R puede tener cualquier valor entre 330 Ohm y alrededor de 4,7 M C puede tener cualquier valor entre 220pF y 2uF.

Al igual que el concepto anterior, se utilizan dos amplificadores operacionales en el siguiente onda sinusoidal una onda coseno circuito generador de funciones.

Generan señales de onda sinusoidal de frecuencia casi idéntica pero 90 ° fuera de fase y, por lo tanto, la salida del segundo amplificador operacional se denomina onda cosenoidal.

La frecuencia se ve afectada por la recopilación de valores R y C aceptables. R está en el rango de 220k a 10 M, C está entre 39pF y 22nF. La conexión entre R, C y / o es un poco compleja, ya que debe reflejar los valores de otras resistencias y condensadores.

Utilice R = 220k y C = 18nF como un punto inicial que proporciona una frecuencia de 250Hz. Los diodos Zener pueden ser diodos de salida de baja potencia de 3.9V o 4.7V.

Generador de funciones usando TTL IC

Un par de puertas de un 7400 puerta NAND cuádruple de dos entradas constituye el circuito oscilador real para este circuito generador de funciones TTL. El cristal y un capacitor ajustable funcionan como el sistema de retroalimentación a través de la entrada de la puerta U1-a y la salida de la puerta U1-b. La puerta U1-c funciona como un búfer entre la etapa del oscilador y la etapa de salida, U1-d.

El interruptor S1 actúa como un control de puerta conmutable manualmente para alternar la salida de onda cuadrada de U1-d en el pin 11 ON / OFF. Con S1 abierto, como se indica, la onda cuadrada se genera en la salida, y una vez cerrada la forma de onda equare se apaga.

El interruptor podría sustituirse por una puerta lógica para controlar digitalmente la salida. Se crea una onda sinusoidal de pico a pico de 6 a 8 voltios casi ideal en el punto de conexión de C1 y XTAL1.

La impedancia en esta unión es muy alta y no puede proporcionar una señal de salida directa. El transistor Q1, configurado como un amplificador seguidor de emisor, suministra una impedancia de entrada alta a la señal de onda sinusoidal y una impedancia de salida baja a una carga exterior.

El circuito encenderá casi todos los tipos de cristales y funcionará con frecuencias de cristal de menos de 1 MHz a más de 10 MHz.

Como instalar

La configuración de este circuito generador de funciones TTL simple se puede iniciar rápidamente con los siguientes puntos.

Si tiene un osciloscopio disponible con usted, conéctelo a la salida de onda cuadrada de U1-d en el pin 11 y coloque C1 en el centro del rango que ofrece la forma de onda de salida más efectiva.

A continuación, observe la salida de onda sinusoidal y ajuste C2 para obtener la forma de onda más fina. Regrese a la perilla de control C1 y ajústela un poco hacia adelante y hacia atrás hasta que se logre la salida de onda sinusoidal más saludable en la pantalla del osciloscopio.

Lista de partes

RESISTENCIAS
(Todas las resistencias son unidades de vatios, 5%).
RI, R2 = 560 ohmios
R3 = 100k
R4 = 1k

Semiconductores
U1 = IC 7400
Q1 = transistor de silicio 2N3904 NPN

Condensadores
C1, C2 = 50 pF, condensador de ajuste
C3, C4 = 0,1 uF, condensador de disco cerámico

Diverso
S1 = interruptor de palanca SPST
XTAL1 = Cualquier cristal (ver texto)

Mejor circuito de forma de onda sinusoidal controlada por cristal

El siguiente generador de forma de onda es un circuito oscilador de cristal de dos transistores que funciona de manera excelente, es barato de construir y no requiere bobinas ni estranguladores. El precio depende principalmente del cristal utilizado, ya que el costo total de los otros elementos debe ser apenas de unos pocos dólares. El transistor Q1 y las diversas partes adyacentes forman el circuito oscilador.

El camino de tierra para el cristal se dirige por medio de C6, R7 y C4. En la unión C6 y R7, que es una posición de impedancia bastante pequeña, la RF se aplica a un amplificador emisor-seguidor, Q2.

La forma de onda en la unión C6 / R7 es realmente una onda sinusoidal casi perfecta. La salida, en el emisor de Q2, varía en amplitud de alrededor de 2 a 6 voltios pico a pico, según el factor Q de los valores C1 y C2 del cristal y los condensadores.

Los valores C1 y C2 deciden el rango de frecuencia del circuito. Para frecuencias de cristal por debajo de 1 MHz, C1 y C2 deberían ser 2700 pF (.0027 p, F). Para frecuencias entre 1 MHz y 5 MHz, estos pueden ser condensadores de 680 pF y para 5 MHz y 20 MHz. puede aplicar condensadores de 200 pF.

Posiblemente podría intentar probar con los valores de esos condensadores para obtener la salida de onda sinusoidal de mejor apariencia. Además, el ajuste del condensador C6 puede tener un efecto sobre los dos niveles de salida y la forma general de la forma de onda.

Lista de partes

RESISTENCIAS
(Todas las resistencias son unidades de vatios, 5%).
R1-R5-1k
R6-27k
R7-270 ohmios
R8-100k
CONDENSADORES
C1, C2: ver texto
C3, C5-0.1-p.F, disco de cerámica
C6-10 pF a 100 pF, recortador
SEMICONDUCTORES
Q1, Q2-2N3904
XTAL1: ver texto

Circuito generador de dientes de sierra

En el circuito generador de diente de sierra, las partes Q1, D1-D3, R1, R2 y R7 están configuradas como un circuito generador de corriente constante simple que carga el condensador C1 con una corriente constante. Esta corriente de carga constante crea un voltaje lineal creciente sobre C1.

Los transistores Q2 y Q3 están montados como un par Darlington para empujar el voltaje a través de C1, a la salida sin carga ni efectos de distorsión.

Tan pronto como el voltaje alrededor de C1 aumenta a alrededor del 70% del voltaje de suministro, la puerta U1-a se activa, activando la salida U1-b para que suba y encienda brevemente Q4, que continúa en ON mientras se descarga el condensador C1.

Esto finaliza un solo ciclo e inicia el siguiente. La frecuencia de salida del circuito se rige por R7, que suministra una frecuencia de extremo bajo de aproximadamente 30 Hz y una frecuencia de extremo superior de alrededor de 3.3 kHz.

El rango de frecuencia podría aumentarse disminuyendo el valor de C1 y disminuirse aumentando el valor de C1. Mantener bajo control la corriente de descarga máxima de Q4. C1 no debe ser superior a 0,27 uF.

Lista de partes

Circuito generador de funciones con un par de IC 4011

La base de este circuito es en realidad un oscilador de puente de Viena, que ofrece una salida de onda sinusoidal. Las formas de onda cuadradas y triangulares se extraen posteriormente de esto.

El oscilador de puente de Viena se construye utilizando un CMOS NAND puertas N1 a N4, mientras que la estabilización de amplitud es proporcionada por el transistor T1 y los diodos D1 y D2.

Estos diodos posiblemente deben combinarse en un conjunto de dos, para obtener la menor distorsión. El potenciómetro de ajuste de frecuencia P1 también debe ser un potenciómetro estéreo de alta calidad con pistas de resistencia interna emparejadas dentro de una tolerancia del 5%.

El R3 preestablecido brinda una facilidad de ajuste para la menor distorsión y, en caso de que se empleen partes emparejadas para D1, D2 y P1, la distorsión armónica general podría ser inferior al 0.5%.

La salida del oscilador de puente de Wien se aplica a la entrada de N5, que está polarizada en su región lineal y funciona como un amplificador. Las puertas NAND N5 y N6 mejoran y recortan colectivamente la salida del oscilador para generar una forma de onda cuadrada.

El ciclo de trabajo de la forma de onda está relativamente influenciado por los potenciales de umbral de N5 y N6, sin embargo, está muy cerca del 50%.

La salida de la puerta N6 se suministra a un integrador construido utilizando las puertas NAND N7 y N8, que armoniza con la onda cuadrada para ofrecer una forma de onda triangular.

La amplitud de la forma de onda triangular es, sin duda, dependiente de la frecuencia, y como el integrador simplemente no es muy preciso, la linealidad se desvía adicionalmente con respecto a la frecuencia.

En realidad, la variación de amplitud es bastante trivial, considerando que el generador de funciones a menudo se usará junto con un milivoltímetro o un osciloscopio y la salida podría verificarse fácilmente.

Circuito generador de funciones con el amplificador operacional Norton LM3900

Un generador de funciones extremadamente útil que reducirá el hardware y el precio podría construirse con un solo amplificador cuádruple Norton IC LM3900.

Si la resistencia R1 y el condensador C1 se eliminan de este circuito, la configuración resultante será la común para un generador de onda cuadrada con amplificador Norton, con la corriente de sincronización entrando en el condensador C2. La inclusión de un condensador C1 integrador en el generador de onda cuadrada crea una onda sinusoidal realista y precisa en la salida.

La resistencia R1, que facilita complementar las constantes de tiempo del circuito, le permite ajustar la onda sinusoidal de salida para obtener la distorsión más baja. Un circuito idéntico le permite poner una salida de onda sinusoidal a la conexión estándar para un generador de onda cuadrada / triangular diseñado con dos amplificadores Norton.

Como se muestra en la imagen, la salida triangular funciona como la entrada para el amplificador sinusoidal.

Para los valores de las piezas que se proporcionan en este artículo, la frecuencia de funcionamiento del circuito es de aproximadamente 700 hercios. La resistencia R1 se puede usar para ajustar la distorsión de onda sinusoidal más baja, y la resistencia R2 se puede usar para ajustar la simetría de las ondas cuadradas y triangulares.

El cuarto amplificador en el paquete cuádruple de Norton podría conectarse como un búfer de salida para las 3 formas de onda de salida.