Nada mejor para entender el funcionamiento de un circuito que realizar un montaje que permita tantos cambios como sea necesario para estudiar su desempeño. La utilización de la matriz de contactos es, sin duda, la mejor solución para este tipo de trabajo y es a partir de ella que proponemos el análisis de funcionamiento de una de las configuraciones más interesantes de la electrónica: el oscilador de doble T.
La finalidad de un oscilador es producir una señal de determinada frecuencia y forma de onda. Tenemos entonces osciladores de bajas frecuencias o AF (audiofrecuencias) usados para producir sonidos que van desde algunas vibraciones por segundo hasta 15 o 16 mil vibraciones por segundo, y tenemos los osciladores de altas frecuencias o RF (radiofrecuencias) que producen señales que van desde cientos de miles de ciclos por segundo y que se utilizan en transmisores, produciendo las ondas de radio.
Por sus características, el oscilador de doble T produce señales senoidales en la pista de audio, lo que lleva a su utilización en circuitos generadores de sonido, instrumentos musicales y muchas otras aplicaciones bastante interesantes que ver en este artículo.
El oscilador tomado como base será bastante simple y podrá ser montado para experiencias en matriz de contactos.
OSCILADORES
Un oscilador básico no es más que un amplificador común de circuito de realimentación, como se muestra en la figura 1.
La parte de la señal de salida del amplificador se reproduce de vuelta a la entrada, donde recibe una nueva amplificación. El tiempo que la señal tarda para dar una vuelta completa en este circuito de realimentación determina la frecuencia del oscilador.
Normalmente, el circuito de realimentación se calcula para proporcionar un retraso en la señal, lo que determinará exactamente la frecuencia que se produce El amplificador debe, obligatoriamente, tener una buena amplificación, pues necesitamos la señal de salida tanto para excitar el circuito externo como para realimentarlo.
Si la parte que sobra para la retroalimentación es insuficiente para excitar el circuito amplificador, la señal "amortigua" y tenemos una salida, como muestra la figura 2.
A continuación, vemos que el signo puede mantenerse con intensidad constante, en una oscilación libre, como también puede haber amortiguación, que lo lleva a desaparecer después de algún tiempo.
Cuando golpeamos en un vaso, en una campana o en una barra de metal, el sonido producido no se mantiene por mucho tiempo, pues decrece de intensidad, hasta desaparecer. Tenemos, de esta forma, la emisión de sonidos a través de oscilaciones amortiguadas.
El sonido de estos objetos y de otros instrumentos de percusión pueden ser imitados a través de osciladores amortiguados, y el doble T es uno de ellos.
EL DOBLE T
El nombre "doble T" viene de la configuración del circuito. En la figura 3 tenemos una doble T en la que se utilizan 3 resistores y 3 capacitores.
Como el propio nombre indica, estos componentes forman dos estructuras, en forma de "T", conectadas en paralelo en el circuito de realimentación. Para que tengamos un retraso de la señal apropiada y para que ocurra una inversión de fase, es necesario que los componentes de este doble T tengan relaciones de valores bien definidas.
La inversión de fase es necesaria porque, utilizando un transistor en la configuración de emisor común, como en la figura 4, la señal de colector tiene fase opuesta a la de la señal de base.
La relación de valores es dada por las fórmulas:
C2 = C3 / 2
R2 - R2 = 2 R3
En otras palabras, el capacitor que va a la tierra debe ser el doble de los otros dos, que están en serie en la retroalimentación. El resistor que va a la tierra debe ser la mitad de los otros dos, que están en la retroalimentación.
La frecuencia de oscilación será dada por la fórmula:
f = 106 / (2 x π x R1 x C1)
Donde:
f es la frecuencia, obtenida en Hertz (Hz)
R1 es el valor del resistor (igual a R2), en ohms (R2)
Cl es el valor del capacitor (igual a C2), en microfarads (uF)
π es la constante 3,14
Ver que, usando 106 en la fórmula, podemos trabajar con las capacitancias directamente en microfarads.
Vea también que usamos un potenciómetro en serie con el resistor R3.
Con este elemento variable podemos ajustar el oscilador para producir oscilaciones libres o colocarlo en el umbral del funcionamiento con la producción de oscilaciones amortiguadas.
Este circuito servirá de base para las experiencias prácticas que usted podrá realizar en la matriz de contactos.
EXPERIENCIA 1
OSCILADOR SIMPLE DE DOBLE T
La señal del oscilador de doble T, que dimos en la figura 4, es muy débil para excitar directamente un altavoz.
De esta forma, para realizar esta experiencia, y hacer audibles los sonidos que serán generados, damos un pequeño amplificador, cuyo circuito es muestra en la figura 5.
COMO FUNCIONA
La señal producida por el doble T se aplica a una etapa amplificadora con dos transistores complementarios. Después de la amplificación, tenemos una señal de buena intensidad para la aplicación en un altavoz.
Este altavoz debe instalarse, preferiblemente, en un pequeño altavoz. La frecuencia de la doble T será dada por:
f = 106 / (6,26 x100 x 103 x 22 x 10-3)
f = 72,37 Hz
Observe que usamos la capacitancia en microfarads, de modo que 22nF corresponden a 22 x 10-3 F en la conversión. El resultado nos muestra que tenemos un sonido muy grave, que recuerda un tambor.
La finalidad será, justamente, obtener oscilaciones amortiguadas que recuerde un tambor o incluso un tamborín.
MONTAJE
En la figura 6 tenemos el montaje del circuito en la matriz de contactos.
Los resistores son todos de 1/8 W y no necesitan tener sus terminales cortados para instalación en la matriz. Lo mismo ocurre con los capacitores, que tanto pueden ser de poliéster como cerámicos.
Para los transistores observe las posiciones y tenga cuidado de no cambiar Q3, que es PNP, por un NPN. P1 y el altavoz se conectan al circuito mediante pedazos de hilo rígido.
PROCEDIMIENTO
Conecte S1 y ajuste P1 hasta obtener la emisión de sonido. Observe que tenemos un sonido de baja frecuencia puro (silbato).
Conecte un cable al (+) de la alimentación y ajuste P1 para que el oscilador quede cerca del punto de oscilación. Tocando con la punta del hilo en el colector de Q1 o en el centro del doble T, tendremos la excitación del circuito, que producirá oscilaciones amortiguadas. El sonido se puede ajustar en P1 a cada toque, hasta que se obtenga algo similar a un tambor o tambor.
Para obtener un sonido de campana intercambiar C1 y C2 por capacitores de 2n2 y C3 por uno de 4n7. Conectando C4 a la entrada de un amplificador (retire Q2 del circuito), que tenga un altavoz de graves e intercambiando Cl y C2 por capacitores de 47nF y C3 por uno de I00 nF, tendremos el sonido de bombo.
Ajuste en P1 y toque el centro del doble T.
LISTA DE MATERIAL - Circuito 1
Q1, Q2 - BC548 o equivalentes - transistores NPN de uso general A
O3 - BC558 o equivalente - transistores PNP de uso general
FTE - Altavoz de 4 u 8 ohms
S1 - interruptor simple
B1 - 6 V - 4 pilas pequeñas
P1 - 100k - potenciómetro o trimpot
R1, R2 - 100k - resistores (marrón, negro, amarillo)
R3 - 10k - resistor (marrón, negro, naranja)
R4 - 5k6 - resistor (verde, azul, rojo)
R5'- 2M2 - resistor (rojo, rojo, verde)
C1, C2 - 22nF - capacitores cerámicos o de poliéster
C3 - 47nF - capacitor de poliéster o cerámica
C4 - 100 nF - capacitor de poliéster o cerámica
Varios:
Soporte de pilas, matriz de contactos, hilos, etc.
EXPERIENCIA 2
SIRENE MODULADA
Dos osciladores, uno de baja frecuencia y otro de audio, componen este proyecto, que puede servir para instalaciones de alarmas, juguetes y, en una versión, de mayor potencia, incluso para vehículos.
El circuito completo se da en la figura 7.
En la figura 8 tenemos el montaje completo del circuito en la matriz de contactos.
COMO FUNCIONA
El oscilador de doble T, que tiene por base C1, opera a una frecuencia muy baja (aproximadamente 1Hz), modulando el oscilador de audio formado por Q2 y Q3.
De esta forma, las oscilaciones senoidales que obtenemos en el colector de Q1 hacen que el sonido del oscilador complementario varíe constantemente y de modo automático, como en una sirena.
Tenemos dos ajustes en este circuito.
Pl sirve para llevar el oscilador de doble T a la oscilación, mientras que P2 da al mismo tiempo la profundidad de modulación y la tonalidad del sonido emitido por el altavoz. Para cambiar la tonalidad, en una pista en la que P2 no alcanza, bastará cambiar el capacitor C4.
Los valores menores, como 22nF y 33nF, producen sonidos más agudos, mientras que valores más grandes, como 68 nF, 82 nF y l00 nF, producen sonidos más graves.
PROCEDIMIENTO
Sólo tienes que conectar la alimentación y hacer el ajuste de P1 y P2 para la emisión de los sonidos deseados. Los cambios se pueden hacer con el cambio de los componentes citados en el apartado anterior.
Para mayor potencia de audio, cambie C3 por un TIP32, en radiador de calor, y alimente el circuito con 12 V. El altavoz, en este caso, debe ser de al menos 1ocm con imán pesado e instalado en un pequeño altavoz.
CONCLUSIÓN
Por las fórmulas dadas, usted ya puede calcular las frecuencias de los osciladores del tipo doble T en sus proyectos. Con la configuración básica estudiada usted también podrá imaginar muchos proyectos interesantes.
LISTA DE MATERIAL - Circuito 2
Q1, Q2 - BC548 o equivalente - transistores NPN de uso general
Q3 - BC558 o equivalente - transistores PNP de uso general
FTE - Altavoz de 4 u 8 ohms
S1 - interruptor simple
B1 - 6 V - 4 pilas pequeñas
P1, P2 - 1ook - trimpots o potenciómertros
C1, C2 - 2,2 uF - capacitores electrolíticos
C3 - 4,7 uF - capacitor electrolítico
C4 - 47nF - capacitor de cerámica o de poliéster
R1, R2 - 100k x 1/8 W - resistores (marrón, negro, amarillo)
R3, R5 - 10k x 1/8 W - resistores (marrón, negro, naranja)
R4 - 5k6 x 1/8 W - resistor (verde, azul, rojo)
R6 - 1k x 1/8 W - resistor (marrón, negro, rojo)
Varios:
Matriz de contactos, soporte para. 4 pilas, hilos, etc.
