Un único circuito integrado de bajo coste permite obtener señales rectangulares de frecuencias de 2 Hz más allá de los 20 kHz, en 5 bandas de cobertura continua.
Este artículo fue publicado originalmente en la revista Monitor en una edición de 1974.
No será necesario discutir la utilidad de un generador de audio en un taller de reparación, o en la bancada de los que se dedican a equipos de sonido, para poder convencer a montar este aparato.
Naturalmente, su mayor utilidad será revelada si el lector posee también un osciloscopio con el que podrá realizar, con perfección, el ajuste y reparación de equipos de audio. pero
para el que no posee un osciloscopio, este generador de audio manifestará toda su utilidad como versátil inyector de señales, barriendo toda la gama audible y, con los armónicos que se extienden de manera útil a frecuencias tan elevadas para permitir su utilización, incluso, en el ajuste de etapas de RF y FI de receptores transistorizados.
Por otro lado, la salida rectangular de intensidad ajustable entre valores compatibles con la excitación de los circuitos lógicos integrados más comunes en aplicaciones como contadores digitales, relojes, cronómetros, etc., permite la utilización de este generador como instrumento de gran utilidad en la reparación y ajuste de ese tipo de equipo
La inclusión de una gama de baja frecuencia, de 2 a 20 Hz, se debe justamente a esta posible aplicación, pudiéndose incluso extender su alcance a frecuencias más bajas, mediante la modificación del valor del capacitor C1, que debe ser que es intercambiado por uno de mayor capacidad.
¿Qué son los amplificadores operacionales?
Básicamente, los amplificadores operacionales consisten en un amplificador diferencial de alta impedancia de entrada, que excita una etapa amplificador de tensión de mayor potencia, con baja impedancia de salida.
En la fig, 1 hemos representado un amplificador operacional en el que hay dos entradas, marcadas con los señales (- ~) y (+) y una salida.
Si aplicamos la señal a ser amplificada en la entrada marcada con el signo (-) , obtendremos en la salida una señal con inversión de fase, o sea, a cualquier variación de la tensión de entrada en un sentido, corresponderá una Variación de la tensión de salida en el sentido opuesto .
Por otro lado, si aplicamos una señal en la entrada marcada con (+) no tendremos inversión de fase, es decir, a cualquier variación de la señal de entrada en un sentido, corresponderá una variación en el mismo sentido en la señal de salida.
Añade un resistor externo Rx, entre la entrada inversora y la salida, podemos controlar la realimentación negativa y, por lo tanto, la ganancia del amplificador. Esta ganancia quedará más o menos determinada por la relación existente entre el resistor en cuestión y el resistor de entrada Re.
Se percibe el lector que, cuanto menor sea Rx, menor será la ganancia del amplificador. Cuando Rx es infinitamente grande, es decir, cuando no existe, el amplificador operacional tiene su máximo ganancia.
Para el caso del amplificador operacional, uA709 utilizado en nuestro montaje, esta ganancia es del orden de 25 000.
(*) El 709 ya no existe. Se puede utilizar el 741.
En nuestro circuito deseamos una operación como oscilador para lo que necesitamos de una retroalimentación positiva. Esto se obtiene aplicando parcela de la señal de salida, de vuelta a la entrada no inversora, a través del divisor de tensión formado por R4, R5 y R6.
Como deseamos una salida rectangular es necesario un recorte apropiado en la señal de realimentación, lo que es hecho por la red formada por D1, D2, R1, R2 y R3.
Los capacitores C6 y C7 tienen función compensadora, siendo respectivamente acoplados a la entrada ya la salida del circuito operacional.
Para el amplificador operacional uA709 que utilizamos en este montaje son las siguientes las características
Tensión de alimentación ... 18 - 0 - 18 V (máx.)
Potencia de disipación 500 mW (envoltura metálica)
Ganancia de tensión ............ 25 000 (mínimo)
Impedancia de entrada ................ 85 k ohmios
Impedancia de salida .................. 100 ohmios
Excursión de la tensión de salida. . 12-0-12 V (mín.)
Descripción del circuito
La base de este generador de audio es un circuito integrado monolítico que agrega un amplificador operacional de uso general del tipo, uA709 en un encapsulado metálico de 8 patillas del tipo TO-8.
En este circuito (fig.2) el amplificador operacional opera como comparador regenerativo, utilizando una realimentación positiva para mantener las oscilaciones.
En esta configuración son las siguientes características eléctricas obtenidas para el generador: operación en 5 fajas de frecuencias, seleccionables por un interruptor conmutador de 1 polo x 5 posiciones, siendo el ajuste fino hecho por el potenciómetro lineal R5; con la combinación S2 X R6 se obtiene cobertura total de la banda que va de los 2 a los 20 000 Hz o más; son las siguientes las gamas barridas en las diferentes posiciones de S2:
Faja 1 ................... 2 a 20 Hz
Faja 2 ................... 20 a 200 Hz
Faja 3 ................... 200 a 2000 Hz
Faja 4 ................... 2 a 20 kHz
Faja 5 ................... sobre 20 kHz
Por supuesto, la precisión de los límites de frecuencia obtenidos en cada banda o faja dependerá de la calidad de los componentes usados, específicamente de las tolerancias de los resistores del divisor de tensión formado por R3, R4 y R5 y por las tolerancias de los capacitores C1 a C5;
- baja impedancia de salida (del orden de 100 ohms con una tensión de viaje de alrededor de 6 V, para una alimentación de 9 V, valor que puede ser extendido a 12 V, si la alimentación se realiza a partir de 4 baterías de 9 La intensidad de la señal es ajustada por el divisor de tensión que consiste en R8, pudiendo su valor ser entre 0 V y el máximo, en las condiciones de alimentación del circuito
- ajuste de simetría posible, por medio del trimpot, para obtener una forma de onda perfectamente rectangular dentro de estrechos límites de tolerancia, dependiendo sólo de la precisión con que tal ajuste sea realizado;
- protección contra cortocircuitos en la salida, hecha por medio del resistor R7;
- bajo consumo, permitiendo la alimentación a partir de las baterías miniatura de 9 V, o tensión mayor, si el lector así lo desea.
Montaje
Los componentes son montados en una placa de hilado impresa (fíg_ 3) que deberá ser confeccionada por el propio lector (en el prototipo se utilizó la técnica fotográfica).
Con excepción de la fuente de alimentación, de la llave selectora de pistas, del potenciómetro de ajuste fino de frecuencia (R5) y del potenciómetro de control de intensidad de señal (R8), todos los componentes se montan en esta placa de cableado impresa.
El lector deberá tomar el máximo cuidado con la fijación del circuito integrado, observando bien la disposición de sus terminales, del mismo modo que deberá tomar cuidados especiales con la instalación de los demás componentes polarizados, como los diodos D1, D2 y los capacitores electrolíticos C1 y C2.
La fuente de alimentación se puede conectar al circuito a través de un interruptor doble con R5, o bien, si lo prefiere, a través de un interruptor separado.
Todo el conjunto fue alojado en una pequeña caja de acrílico blanco, hecha especialmente para este propósito; el collage del acrílico usado en esta caja se hace con cloroformo que, como se sabe, disuelve el acrílico, permitiendo de este modo la obtención de uniones bastante sólidas; cuidado en el uso del cloroformo, que es un anestésico!
(*) En la época la venta del cloroformo en farmacias era libre. Hoy está prohibida.l
Ajustes:
El único ajuste que se debe realizar es el referente a la simetría de la señal, lo que se obtiene a través de R1.
Para ello, una vez completada el montaje, la unidad debe tener su salida en su punto máximo, en el rango de 200 a 2000 Hz conectada a un osciloscopio los controles de sensibilidad y barrido del osciloscopio deberán ser ajustados para obtener una imagen en buenas condiciones de observación
A continuación, R1 debe ajustarse para obtener una forma de onda simétrica, perfectamente rectangular.
Sin osciloscopio tal ajuste no y viable; ¡Quién no lo poseerá tendrá que usar el de un amigo!