- VI - Generadores de Señales.

- VI - Generadores de Señales. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 1 Generadores de Señales La función de un circuito Generador de Señales es producir una forma de onda con características predeterminadas como frecuencia, amplitud, forma de onda y ciclo de trabajo. La forma de onda periódica en la salida del circuito es producida a partir del voltaje DC de la fuente de suministro. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 2 Generadores de Señales El voltaje de salida puede ser Sinusoidal o No Sinusoidal, dependiendo del tipo de Circuito Generador. Las dos categorías principales de los generadores de señal son: Osciladores Sinusoidales (Retroalimentación positiva) Osciladores de Relajamiento. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 3 1

Osciladores Sinusoidales (Retroalimentación Positiva) Un oscilador con retroalimentación consiste de un amplificador para la ganancia y una red de retroalimentación positiva que produce un desplazamiento de fase y retorna una fracción de la señal de salida hacia la entrada. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 4 Osciladores de Relajamiento Estos osciladores utilizan un circuito de temporización RC para generar una forma de onda que es generalmente una onda cuadrada u otra forma de onda No Sinusoidal. Típicamente, emplean dispositivos biestables, tales como interruptores, disparadores Schimtt, compuertas lógicas y flip flops para cargar y descargar en forma repetida un capacitor a través de una resistencia. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 5 6.1 Temporizadores Monolíticos (IC) Multivibradores: Circuito Integrados regenerativos diseñados para aplicaciones de temporizado. Clasificación: Astable (de carrera libre, oscilador de onda cuadrada) Monoestables (one shot) Oscilador Controlado por Voltaje (VCO) Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 6 2

El Temporizador en IC, 555 Tres (3) resistencias R de igual valor. Umbral del comparador : V TH =(2/3)V CC y V TL = (1/3)V CC. Dos (2) comparadores de voltaje 1 Flip Flop 1 Interruptor JT, Qo. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 7 Funcionamiento del 555 Cuando V DISP < V TL, CMP 2 se activa, activando el FF SR con Q=1. El interruptor JT, Qo, se mantiene desactivado. Cuando V UM > V TH, CMP 1 se activa, limpiando el FF SR. El interruptor JT, Qo, se activa DISP: Entrada de Disparador. (TRIG) UM: Entrada de Umbral. (TRESH) DESC: Terminal de Descarga. (DISCH) RES: Entrada de Reinicio. (RESET) CONTROL: Entrada de Control. (CONT) Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 8 El IC 555 como multivibrador Astable Utiliza tres componentes externos: R A, R y C En t=0, C está descargado: V DISP < V TL, Q alto, JT desactivado. Esto permite que C se cargue a través de Vcc por la serie R A + R. Con Vc=V TH, CMP 1 se activa, Q baja, JT se activa. Esto ocasiona que V DESC =V CE(SAT) =0V, por lo que C se descarga. Con Vc= V TL, hace que CMP 2 se active y el proceso vuelve a comenzar. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 9 3

El IC 555 como multivibrador Astable T = T L + T H Las características de oscilación dependen de los valores externos del circuito Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 10 El IC 555 como multivibrador Astable Durante T L, la constante de tiempo es R C ( V / V ) = R C ln( ) T = R C ln 2 L TH Durante T H, la constante de tiempo es (R A + R )C TL VCC VTL TH = ( RA + R ln = ( RA + R ln( 2) T VCC V H = 0.693 ( RA + R TH Al sustituir V TH = (2/3)V CC y resolviendo para f o = 1/T y D(%) = 100T H /(T L + T H ) se obtiene: 1.44 fo = R ( RA + 2R A + R D(%) = 100 RA + 2R T = T + T = 0.693 ( R + 2R H L Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 11 T L = 0. 693 R C A Frecuencia de oscilación en modo Astable de un IC 555 en función de C ext y R A + 2R. La pendiente de las líneas son los valores de R A + 2R. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 12 4

El IC 555 como multivibrador Astable El ciclo de trabajo D(%) puede ser ajustado seleccionando R A y R. El C ext se carga a través de R A + R y se descarga solo a través de R. Como T H > T L, el circuito siempre proporciona D(%)>50%. En el Límite R A << R se puede aproximar un ciclo de trabajo simétrico. Para lograr D(%) < 50% el circuito puede modificarse para que C ext se cargue solo a través de R A y se descargue por R, colocando un diodo, D 1. Así, D(%) = 100. R A /(R A + R ). Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 13 Ejemplo: 555 como multivibrador Astable Para el circuito con 555 configurado para corre en modo astable, determine: Frecuencia de la señal de salida El ciclo de trabajo. 1.44 1.44 fo = = ( R + 2R ( 2.2KΩ + 9.4KΩ) 22nf A f o = 5. 64KHz RA + R D(%) = 100 R + 2R A D(%) = 59.5% 2.2KΩ + 4.7KΩ = 100 2.2KΩ + 9.4KΩ Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 14 Ejemplo: 555 como multivibrador Astable Para el circuito con 555 configurado para corre en modo astable, especifique los componentes adecuados para: f o = 5KHZ El ciclo de trabajo D(%) = 75%. Sea C= 10nf = 1.44 1.44 fo RA + 2R = = 28. 9 Ω ( R + 2R f C K A R + R A D(%) = 100 = 75% RA = 2R RA + 2R Resolviendo: R = 14.4KΩ A R = 7.21KΩ o Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 15 5

El IC 555 como Oscilador Controlado por Voltaje (VCO) El temporizador 555 puede operar como VCO utilizando la configuración Astable, con la excepción que el voltaje de control variable es aplicado a la entrada CONT (pin 5). Cuando el voltaje de control varía, la frecuencia de salida también varía. El tiempo de carga y descarga de C ext es directamente dependiente del voltaje de control. Un Incremento en V CONT incrementa el tiempo de carga y descarga de C ext y causa que la frecuencia de salida se decremente. Un Decremento en V CONT reduce el tiempo de carga y descarga de C ext y causa que la frecuencia de salida se Incremente. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 16 El IC 555 como multivibrador Monoestable (one shot). TRIG es mantenida en alta. FF-Q es bajo, JT Qo se encuentra cerrado, por lo que C se mantiene descargado (Vc= 0V). Cuando TRIG se dispara (por debajo de V TL ) CMP 2 configura a FF-Q en alto, esto desactiva el interruptor JT Qo. El C ext se carga a través de R ext. Cuando Vc=V TH CMP 1 limpia el flip flop, Q baja y el interruptor Qo se activa. El C ext se descarga. El circuito regresa al modo estable. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 17 El IC 555 como multivibrador Monoestable (one shot). El ancho T w del pulso, con V TH =(2/3)V CC, es: Vcc T = ln = ln( 3) T w RextCext RextCext Vcc VTH ext Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 18 w = 1. 1 R C ext 6

Gráfico para seleccionar valores de componentes R ext y C ext, para diversos anchos de pulsos deseados. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 19 Ejemplo: 555 como Monoestable (one shot). Para el circuito con 555 configurado como monoestable, determine: Ancho del Pulso de la señal de salida. ( KΩ)( 0.1 F ) 1. ms Tw = 1.1 RextCext = 1.1 10 µ = 1 Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 20 Ejercicios Temporizadores IC. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 21 7

6.2 Convertidores V F y F V La función de un Convertidor de Voltaje a Frecuencia (VFC) es aceptar una entrada analógica y generar una serie de pulsos de frecuencia. El Convertidor de Frecuencia a Voltaje (FVC) acepta una forma de onda periódica de frecuencia f I y produce un voltaje analógico de salida que es proporcional a la frecuencia del tren de pulsos. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 22 Aplicación Arreglo VFC FVC Transmisión de información analógica en forma aislada por medio de opto aislador (fototransistor). Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 23 6.2.1 Convertidores V F En el VFC existe una relación Lineal entre la amplitud del voltaje analógico y la frecuencia del tren de pulsos. Donde k es la sensibilidad del VFC, en Hertz por volt. Una serie de pulsos se puede transmitir y decodificar con mucha mayor precisión que una señal analógica, en especial si la ruta de transmisión es larga y con ruido. Categorías: f = k o v I Multivibradores de barrido amplio VFC VFC por balanceo de cargas. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 24 8

VFC por balanceo de cargas Consiste de: Integrador, Comparador, one shot, fuente de corriente, Interruptor electrónico. El desempeño del circuito depende de R in, C int (capacitor integrador), C os (capacitor temporizador one shot). Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 25 VFC por balanceo de cargas, Operación. Modo de Integración: Un voltaje de entrada positivo produce la carga del capacitor integrador C int. El voltaje de salida del integrador es una rampa descendente. Cuando el voltaje de salida del integrador llega a cero, el comparador dispara el one shot. El one shot produce un pulso de ancho fijo, t os, que hace conmutar la fuente de corriente de 1mA hacia la entrada del integrador e inicia el modo de reset. Modo de Reset: La corriente en el integrador cambia de dirección. Esto produce una rampa ascendente en la salida del circuito integrador. Luego que finaliza el pulso del one shot la fuente de corriente vuelve a conmutar hacia la salida del integrador, iniciando otro ciclo repetitivo de integración. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 26 VFC por balanceo de cargas Si el voltaje de entrada se mantiene constante, entonces la amplitud de la forma de onda del integrador y el tiempo de integración se mantienen constante, por lo que el tren de pulsos de salida tiene una frecuencia constante. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 27 9

Cuando el voltaje de entrada aumenta Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 28 VFC por balanceo de cargas Cuando el voltaje de entrada aumenta El resultado neto del incremento del voltaje de entrada es que la frecuencia de salida se incrementa proporcionalmente. Un incremento en el voltaje de entrada, Vin, causa un incremento en la corriente de entrada, Iin, por lo que la pendiente de la salida del integrador durante el modo de integración también se incrementa y reduce el periodo del voltaje de salida final. Durante el modo de reset, la corriente en sentido opuesto a través del capacitor, 1mA Iin, se hace más pequeña, decrementando la pendiente de subida y reduciendo la amplitud que lograr alcanzar el voltaje de salida del integrador, durante el tiempo tos del one shot, que no cambia. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 29 VFC por balanceo de cargas IC AD650 como convertidor V/F La frecuencia de salida es: Vin fo = R t ( 1mA) Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 30 in os Donde el ancho del pulso de la salida one shot es: t = C os os 3 7 ( 6.8x10 ) + 3x10 s 10

Ejemplo: IC AD650 como convertidor V/F Determine la frecuencia de salida para el AD650 como convertidor V/F, con un voltaje de entrada constante de 5V. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 31 6.2.2 Convertidores F V Acepta una entrada con forma de onda periódica de frecuencia y produce voltaje analógico de salida. v = k o f I Donde k es la sensibilidad del FVC El VFC por balanceo de carga puede ser configurado para trabajar como FVC. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 32 Esquema de Operación: Convertidor F V Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 33 11

Operación: Convertidor F V Cuando una frecuencia de entrada es aplicada a la entrada del comparador, éste dispara el one shot, el cual produce un pulso fijo de ancho, t os, determinado por C os. Esto hace conmutar la fuente de corriente de 1mA hacia la entrada del integrador y carga C int. Entre los pulsos del one shot, C int, se descarga a través de R 1. Mientras mayor sea la frecuencia de entrada, más cerca se encontraran los pulsos del one shot y menor es la descarga de C int. Esto provoca que la salida del integrador se incremente conforme la frecuencia de entrada se incrementa y se reduzca conforme la frecuencia de entrada se reduce. La salida del integrador es la salida final del convertidor de F V. El capacitor Cint y R1 actúan como filtro y suavizan el rizado de salida. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 34 IC AD650 como convertidor F V. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 35 Ejercicios Convertidores V F y F V. Elaborado por: Ing. Fco. Navarro H. 36 12