Hacer un generador de función con pilas de 9V - 💡 Fix My Ideas

Hacer un generador de función con pilas de 9V

Hacer un generador de función con pilas de 9V


Autor: Ethan Holmes, 2019

 

A menudo, en la resolución de problemas y la experimentación de circuitos con sintetizador DIY, una fuente de señal con frecuencia y amplitud variables es justo lo que necesita para probar el comportamiento de un circuito. Si la fuente de señal tiene una variedad de formas de onda, servirá en más escenarios.

Este artículo presentará un generador de funciones alimentado por batería de 9 V que emite formas de onda sinusoidales, cuadradas y triangulares. La frecuencia es ajustable desde aproximadamente 20 Hertz hasta aproximadamente 11KHz y el nivel de salida puede variar de 0 a aproximadamente 3V, pico a pico.

Mantuve el nivel de salida dentro de este rango, ya que el circuito se alimenta esencialmente con una fuente de alimentación virtual de +/- 4.5V y quería que la unidad continuara funcionando durante tanto tiempo como sea posible con el agotamiento de la batería de 9V. El circuito drena aproximadamente 11 mA cuando se usa con el LED que se muestra en el esquema.

Sin embargo, si compra un interruptor de alimentación con una indicación pasiva obvia de estado, puede dejar el LED apagado y el circuito consumirá aproximadamente 9 mA. En cualquier caso, puede contar con una buena duración de vida con una batería alcalina de 9V.

La señal se puede inyectar en la entrada de un circuito VCF o VCA en desarrollo o en un mezclador o una entrada de amplificador que desee probar. Ya que tiene pilas, puedes dejar una en tu caja de herramientas.

Aquí está el circuito.

 

Primero, un poco de información de mantenimiento: en mis esquemas, un círculo con letras se usa para indicar las conexiones intra-página y extra-página. Considere todos los círculos con las mismas letras conectadas entre sí (incluso a través de las páginas en un esquema de varias páginas). Si mostrase todos esos puntos corriendo hacia la fuente de alimentación, el esquema sería muy difícil de leer. Los puntos del circuito etiquetados con Xn u otras fichas (por ejemplo, TRI, OUT, X1) se conectan desde la placa del circuito a los componentes del panel. Verá estos nombres nuevamente cuando mire el diagrama de cableado del panel. Utilizo el símbolo de condensador de línea recta y curva para todos los condensadores. Si un capacitor está polarizado, agrego un símbolo + (más) junto a la línea recta en el símbolo del capacitor (por ejemplo, C1, C3).

Veamos cómo funciona este circuito. Comenzaremos con el simple suministro de energía de la batería. Dividimos la tensión de la batería a la mitad con dos resistencias 4.7K: R1 y R3. El terreno virtual de la unidad provendrá de la unión de las dos resistencias. La mejor manera de entender esto es ver que el suministro entrega más 4.5V desde el terminal positivo de la batería, menos 4.5V desde el terminal negativo de la batería y una conexión a tierra virtual desde la unión de las resistencias R1 y R3. Los condensadores electrolíticos de aluminio 220uF C1 y C3 se utilizan como depósitos de carga para las dos mitades del suministro. Los puntos BP (batería positiva) y BN (batería negativa) indican las conexiones de la fuente de alimentación en todo el esquema. Los dos puntos también etiquetados como BP y BN son etiquetas de rosquillas de la placa de PC a las que se aplica la alimentación de la batería, después de cambiarla a través de S1.

Para LED o no para LED, esa es la cuestión. Mientras que los LED consumen energía, también se olvida apagar la unidad. La decisión es tuya. Use un interruptor que tenga una buena indicación de estado de "encendido" y recuerde apagar la unidad, o use el alegre brillo de un LED para recordarle que la unidad está encendida y use un poco más de corriente, pero recuerde apagarla.

Por lo tanto, si usa LED1, simplemente se ilumina debido a que tiene un sesgo hacia adelante cuando se enciende la unidad. Use un LED de alta eficiencia porque no está recibiendo mucha corriente, pero lo verá con seguridad. Si desea que el LED1 sea más brillante (y que la batería se agote antes), reduzca el valor de R2 a, digamos, 2K o tal vez 1.5K.

Estamos utilizando U1-A (¼ TL074 Quad Op Amp) como integrador y U1-B (¼ TL074 Quad Op Amp) como comparador. Juntos conforman el corazón del oscilador del generador de funciones. En el encendido, la salida de U1-B (nuestro comparador) siempre será saturada alta o saturada baja. Consideraremos que su potencia está saturada y baja mientras discutimos su funcionamiento. En el encendido, la salida del amplificador operacional utilizado como nuestro integrador (U1-A) estará al nivel del suelo, pero comenzará inmediatamente a elevarse bajo la influencia de la salida de U1-B. La salida baja de U1-B se retroalimenta a su entrada no inversora a través de resistencias de 62K conectadas en serie R5 y R6. Dos diodos 1N914 están conectados entre la unión R5 / R6 y tierra. El cátodo de D1 está conectado a la unión R5 / R6 y el ánodo de D2 está conectado a la unión R5 / R6. Los otros extremos de los diodos están conectados a la tierra virtual del circuito (solo diremos suelo de ahora en adelante).

¿Qué están haciendo los diodos D1 y D2? Están controlando el voltaje en la unión R5 / R6, de modo que a medida que la salida de U1-B cambia de saturación positiva a saturación negativa, la tensión en la unión R5 / R6 cambia de una caída de diodo delantero sobre el suelo (aproximadamente + 600mV) a una directa caída de diodo bajo tierra (alrededor de -600mV).

Hacemos esto para que la tensión devuelta al integrador sea de la misma magnitud en ambas direcciones. La razón por la que no solo usamos la salida de U1-B es porque sus voltajes de saturación positivos y negativos no son exactamente iguales. Dado que la corriente suministrada al integrador a través de los controles de Frecuencia Fina y Gruesa y R10 depende de la magnitud del voltaje proveniente de la sección del comparador, es importante que el voltaje sea el mismo en las direcciones positiva y negativa, o bien la onda triangular del integrador. -La forma sufrirá de mala simetría de lado a lado. En lugar de parecer triangular, la onda parecería torcida (más aspecto de diente de sierra o de rampa).

El bajo nivel inicial en la salida de U1-B da como resultado que la corriente fluya desde la entrada inversora del integrador U1-A pin 2 (a través del resistor 62K R10, el potenciómetro de frecuencia aproximada de 100K R9 y el potenciómetro de frecuencia fina de 100K R4) hacia el voltaje de -600mV nivel en la unión R5 / R6 / D1-k / D2-a.

En respuesta, la salida del integrador (U1-A pin 1) aumenta hasta que la corriente que fluye hacia la entrada no inversora del comparador U1-B a través del resistor de 180K R7 supera la corriente que fluye hacia el nivel de -600mV en el R5 / R6 / D1 -k / D2-a unión a través de la resistencia RK de 62K.

Cuando la salida de U1-A aumenta lo suficiente (aproximadamente + 1.7V), la salida del comparador U1-B cambia a saturación positiva. Ahora el nivel de la unión R5 / R6 / D1-k / D2-a está a + 600 mV y la corriente fluye hacia la entrada inversora de U1-A a través de R4, R9 y R10. La salida del integrador desciende hasta que su voltaje es lo suficientemente bajo (aproximadamente -1.7 V) para extraer suficiente corriente a través de R7 para superar la corriente que fluye a través de R5 desde el nivel de + 600mV en R5 / R6 / D1-k / D2-a unión. En ese momento, la salida del comparador se dispara rápidamente a una saturación negativa y el proceso continúa dando como resultado una oscilación de onda triangular en la salida del integrador U1-A y una oscilación de onda cuadrada en la salida del comparador U1-B.

El potenciómetro R9 de frecuencia gruesa de 100K se utiliza como un divisor de voltaje ajustable para controlar el nivel de la tensión, lo que hace que la corriente fluya dentro o fuera de R10 y posteriormente dentro o fuera de la entrada inversora del integrador. Cuando el limpiador de R9 se ajusta en la dirección de R4, la entrada del integrador ve más voltaje (por lo tanto, corriente) y la frecuencia aumenta. Cuando el limpiador de R9 se ajusta hacia R13, la entrada del integrador ve menos voltaje (por lo tanto, la corriente) y la frecuencia es menor. La resistencia R13 (3K) establece el límite de cuán bajo se puede ajustar el voltaje y aún hace que el integrador se incremente adecuadamente cuando el potenciómetro R9 se ajusta completamente hacia abajo.

El control de frecuencia fina de 100K (R4) simplemente permite que fluya más o menos corriente entre la salida de la sección del integrador y la entrada inversora del comparador a medida que se ajusta. Es opcional y puede eliminarse si no necesita un control de frecuencia fino. Si no se usa R4, simplemente conecte el punto X1 a la parte superior del elemento resistivo del potenciómetro R9.

El interruptor S2 se usa para conectar un capacitor más grande (C2 .0022uF) en paralelo con C4 (100pF) para cambiar el rango del oscilador de alto (S2 abierto) a bajo (S2 cerrado). Cuando se usa un capacitor más grande en un integrador, la tasa de rampa se vuelve más baja. Cuando S2 está abierto, el rango de frecuencia del generador de funciones es de aproximadamente 400 Hz a 10KHz. Cuando S2 está cerrado y C2 está en paralelo con C4, el rango de frecuencia se reduce a aproximadamente 16Hz a 590Hz. Por lo tanto, el generador de funciones tiene un amplio rango de ajuste de frecuencia.

Vemos una bonita forma de onda triangular en la salida de U1-A (punto de circuito TRI) que oscila sobre la tierra virtual de la unidad con una amplitud de aproximadamente 3V, pico a pico. Tomamos la onda cuadrada que aparece en la salida de U1-B y reducimos su amplitud a aproximadamente 4V pico a pico mientras mantenemos una fuente de baja impedancia utilizando U1-C para aplicar ganancia de inversión fraccional (punto de circuito SQR). El condensador cerámico de 22pF a través de la resistencia R15 está ahí para reducir un ligero sonido de borde ascendente que aparece en la salida de U1-C sin él.

Para simplificar el circuito y reducir un poco el consumo de corriente, puede eliminar la funcionalidad de onda sinusoidal si lo desea. Simplemente elimine el LM13700 y los componentes asociados y cambie el cambio de selección de la onda de salida para seleccionar solo entre las ondas cuadradas o triangulares. También usarás un interruptor SPDT menos.

Sin embargo, considero que la onda sinusoidal es útil para la resolución de problemas, por lo que la incluí. Para convertir la onda triangular en una aproximación sinusoidal, saturamos la entrada no inversora del amplificador operacional de doble transconductancia U2-A LM13700 para aprovechar la distorsión no lineal que proporciona. Esta distorsión tiende a curvar la parte superior e inferior de la forma de onda del triángulo hacia adentro, lo que le da un aspecto sinusoidal. La forma de onda del triángulo se alimenta desde la salida de U1-A a la entrada no inversora de U2-A (pin 3) a través del potenciómetro de ajuste R16 de 100K.El potenciómetro R16 se usa para ajustar la amplitud de la señal que aparece en la entrada no inversora de U2-A.

Estamos deliberadamente sobrepasando la entrada, por lo que R16 ajusta la cantidad de distorsión que sufre la señal. Muy poco y la señal parece triangular; demasiado, y la señal parece demasiado plana en la parte superior e inferior.

Podrás ver (y escuchar) cuando sea justo. El potenciómetro de ajuste R24 de 100K se utiliza para aplicar una corriente de polarización ajustable a la entrada no inversora a través de la resistencia R19 de 200K. De este modo, el trimmer R24 ​​se utiliza para ajustar la simetría de arriba a abajo de la forma de onda sinusoidal. El potenciómetro de ajuste R17 de 100K se utiliza para aplicar la señal de polarización al amplificador operacional U2-A de transconductancia y, por lo tanto, controla la amplitud de la forma de onda sinusoidal. Utilizamos el amplificador de búfer Darlington provisto en el chip LM13700 para amortiguar la salida.

Los resistores R22 (220K) y R23 (680K) desvían la salida de U2-A de modo que la onda sinusoidal oscile sobre la tierra virtual de la unidad. La resistencia R18 (10K) convierte la corriente del pin 8 de U2-A a voltaje. El punto del circuito SIN proviene del pin 8 de U2-A. La otra mitad de U2 (U2-B) no se usa en este circuito.

Los puntos del circuito SQR, TRI y SIN se conmutan a través de S3 (interruptor SPDT) y S2 (interruptor SPDT) y se colocan en R11 (potenciómetro 100K) que se usa como un divisor de voltaje ajustable. La parte de la forma de onda seleccionada que se retira del limpiador R11 se aplica a la entrada inversora de U1-D a través de la resistencia 10K R12. La resistencia de realimentación 12K de U1-D le otorga una ganancia de 1.2, lo que le da a cada forma de onda un poco de amplificación. Este esquema entrega la forma de onda seleccionada ajustada a nivel desde la salida de baja impedancia de U1-D.

Los condensadores C6 a C9 son tapas cerámicas .1uF que deben colocarse cerca de los pines de alimentación de ambos circuitos integrados (U1 y U2) durante la construcción del circuito.

Aquí está la lista de componentes. Todas las tapas deben tener una clasificación de 16 V o más. Enumero un estuche y una placa de RadioShack que deben adaptarse bien al proyecto.

Lista de piezas del proyecto del generador de función de onda sinusoidal, cuadrada y triangular alimentada por batería

Puede construir fácilmente este circuito en una pequeña placa de experimentación o grabar una placa de PC. En los próximos meses, busque este proyecto en el sitio web de MFOS. Ofreceremos un tablero de PC fabricado profesionalmente para este proyecto, así como un kit de piezas.

Cantidad Descripción Valor Designadores
1 LM13700N Dual Transconductance Op Amp LM13700N U2
1 TL074CN Quad Op Amp TL074CN U1
2 1N914 Sw. Diodo 1N914 D1, D2
1 LED de uso general LED LED1
3 Potenciómetro cónico lineal 100K R4, R9, R11
4 Resistencia 1/4 Watt 5% 10K R12, R15, R18, R20
1 Resistencia 1/4 Watt 5% 12K R8
1 Resistencia 1/4 Watt 5% 180K R7
1 Resistencia 1/4 Watt 5% 1K R21
1 Resistencia 1/4 Watt 5% 200K R19
1 Resistencia 1/4 Watt 5% 20K R14
1 Resistencia 1/4 Watt 5% 220K R22
2 Resistencia 1/4 Watt 5% 3K R2, R13
2 Resistencia 1/4 Watt 5% 4.7K R1, R3
3 Resistencia 1/4 Watt 5% 62K R5, R6, R10
1 Resistencia 1/4 Watt 5% 680K R23
3 Recorte Pot (Bourns 3296W o equivalente) 100K R16, R17, R24
1 Condensador de cerámica .002uF C2
4 Condensador de cerámica .1uF C6, C7, C8, C9
1 Condensador de cerámica 100pF C4
1 Condensador de cerámica 22pF C5
2 Condensador electrolítico 220uF C1, C3
2 Interruptor SPDT SPDT S3, S4
2 Interruptor SPST SPST S1, S2
2 Banana Jack Banana Jack J1, J2
1 Batería Batería de 9V B1
1 Recinto del proyecto Radio Shack (6x4x2 ″) Nº de gato: 270-1806  
1 Radio Shack PC Board con 780 agujeros Nº de gato: 276-168  
1 Conectores a presión de Radio Shack 9V Nº de gato: 270-324  
1 25 'rollo de 22 AWG alambre trenzado 25 pies  
3 Perillas de potenciómetro Perillas para potenciometros  

Bueno, ahí lo tienen, un generador de funciones alimentado por batería de 9V simple pero útil que será útil una y otra vez. Esto sería un gran regalo para cualquiera de tus amigos entusiastas de la electrónica. En la próxima entrega, proporcionaré los detalles de construcción, incluidos los diseños de PC y las ideas de cableado del panel frontal.

Mientras tanto: ¡Sigue imaginando, sigue inventando, sigue siendo ingenioso!

Ray Wilson es el autor de Make: Analog Synthesizers y el loco detrás del muy popular sitio web Music from Outer Space.



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