Generador de funciones DE-XR1 con el XR2206

Por Rafael Almela y Luis Coya, alumnos del ciclo Coordinados por

Federico Coca y Francisco Lpez, profesores de FP Electrnica.

En esta seccin vamos a describir el funcionamiento y los ajustes del generador DE-XR1.Frecuencia de salidaEl rango de frecuencia generada por el XR2206 viene determinado por el valor del condensador conectado entre las patillas 5 y 6. La seleccin del rango de frecuencia del generador se consigue gracias al empleo de un conmutador rotatorio de 6 posiciones. Mediante este elemento se conmuta la capacidad que en cada momento est presente entre las citadas patillas, consiguindose de esta forma variar el rango de frecuencia. Al usar un conmutador de 6 posiciones sern 6 los rangos de frecuencia disponibles. Estos rangos son 1Hz a 10Hz, 10Hz a 100Hz, 100Hz a 1kHz, 1kHz a 10kHz, 10kHz a 100kHz y 100kHz a 1MHz. Evidentemente, los valores de los condensadores se han elegido para que se verifiquen estos rangos de frecuencia. Para la eleccin de los mismos se hizo uso de la siguiente expresin que aparece en las hojas de caractersticas (datasheet) del XR2206:

El ajuste de la frecuencia dentro de cada rango se determina por la resistencia R de la expresin anterior, que en nuestro caso es la formada por el conjunto R13+R14 y que se conecta como muestra el esquema. Segn el datasheet el valor mnimo de R13+R14 debe ser 1kohmio. Se ha seleccionado dicho valor mnimo por cuestiones de simplicidad de clculo tal como se ver a continuacin.Con el valor del potencimetro seleccionado el valor mximo del conjunto de resistencias es de 11kohmios. As, es posible determinar el condensador de cada rango de la siguiente forma: la frecuencia mxima del rango se obtendr para el valor mnimo de resistencia.Por ejemplo, en el rango de 10Hz a 100Hz el valor del condensador deber ser, despejando de la expresin anterior, de 10uF.Con este condensador se conseguir la frecuencia mnima del rango cuando el conjunto de resistencias presente su mayor valor, 11k. En este caso resulta una frecuencia de 9Hz, valor algo inferior a los 10Hz del rango. Se hubiera obtenido 10Hz si el valor mximo de la resistencia hubiese sido 10kohmios, pero ello no es posible con los valores comerciales disponibles para los potencimetros.

Amplitud y simetria de las salidasEl ajuste de la amplitud de las seales de salida del XR2206 se consigue mediante la circuitera conectada a la patilla 3. Esta circuitera consiste en un divisor de tensin formado por R11 y R12 que establece un valor de tensin de 0V en el punto medio del mismo. Bien es cierto que se podra haber eliminado el divisor de tensin y haber conectado R16 directamente a masa (queda abierta esa posibilidad para los experimentadores intrpidos :), pero se prefiri hacer uso del mismo porque todos los esquemas de aplicacin suministrados por el fabricante del XR2206 en su datasheet lo hacen, aunque si bien es cierto que en todos esos casos del fabricante la alimentacin es simple. El condensador C10 mantiene el pontencial del punto central del divisor de tensin estable frente a fluctuaciones indeseables. R16 es la que permite ajustar el nivel de las seales de salida junto con los divisores resistivos para la seal triangular y la cuadrada. El empleo de estos divisores es necesario debido a que los niveles de salida que entrega el XR2206 para cada tipo de seal no son los mismos. As, la seal de salida de la patilla 2 tendr un nivel u otro segnse trate de triangular o sinusoidal:

Otro tanto de lo mismo ocurre con la salida de seal cuadrada, patilla 11. El ajuste de la amplitud de salida se realiza sobre la onda sinusoidal conectando un osciloscopio en TP1. Los divisores de tensin aseguran que las amplitudes de las dems seales coincidan con la sinusoidal, que deber ajustarse a una amplitud de 1,41V. Se ha incluido TP3 para realizar comprobaciones de amplitud y/o forma sobre la salida de seal cuadrada.

Ajuste de la THDLas seales generadas por el XR2206 estn disponibles en las patillas 2 (sinusoidal y triangular) y 11 (cuadrada). Por tanto, debe existir alguna forma de determinar si la patilla 2 entrega una seal triangular o una seal sinusoidal. La determinacin de la forma de onda presente en la patilla 2 se consigue colocando o no una resistencia entre las patillas 13 y 14. Gracias al interruptor SW2 es posible hacer esto a voluntad. SW2 forma parte de un conmutador rotatorio doble de tres posiciones. Este conmutador selecciona, como se ver en detalle en su momento, la forma de onda de salida del generador.Cuando SW2 est abierto en la patilla 2 se obtiene una onda triangular. Cuando se cierra, y dependiendo del valor de R10, se consigue una seal ms o menos sinusoidal en la patilla 2 (si R10 est lo suficientemente desajustada es posible que la seal de la patilla 2 sea triangular y no sinusoidal). Se hace necesario, por tanto, un proceso de ajuste del valor de R10 para conseguir una sinusoide lo ms perfecta posible, equivalente a una THD del 0%. Dicho ajuste sera deseable realizarlo con la aparamenta adecuada, es decir, un medidor de distorsin o un analizador de espectros capaz de trabajar a estas frecuencias. Nosotros no disponemos de tales aparatos, as que el ajuste se hizo "a ojo", colocando un osciloscopio en TP1, ajustando el generador a una frecuencia de aproximadamente 1kHz y forma de onda sinusoidal y retocando el valor de R10 hasta obtener una seal lo ms sinusoidal posible a la vista del operador que realiz el ajuste. Por ltimo, decir que este ajuste ha de realizarse al unsono con el de simetra de la onda sinusoidal (ver apartado correspondiente).

ModulacinEl XR2206 permite la modulacin de la seal generada tanto en amplitud (AM) como en frecuencia (FM). SW4/SW5 permiten que se active o no la caracterstica de modulacin del generador, siendo SW2/SW3 el encargado de seleccionar si se modular en AM o en FM. La seal moduladora se inyectar en el generador a travs del conector BNC J5. Esta seal podr ajustarse en nivel por medio de R27, pasando a continuacin a travs de una etapa separadora compuesta por un operacional uA741 en configuracin de seguidor de tensin. R30 permite anular la tensin de offset de este operacional, por o que debe ajustarse para que en TP4 se obtenga un valor de 0V (este ajuste debe hacerse con la modulacin desactivada). La seal moduladora estar presente pues en la patilla 6 del uA741, y dependiendo de que se haya seleccionado AM o FM pasar respectivamente a la patilla 1 del XR2206 o al divisor de base del transistor BC547 respectivamente. Tenemos pues lo siguiente:

Modulacin AM: R28, R29 y R30 forman una red resistiva tal que determina una tensin de unos +2V en la patilla 1 del XR2206, lo que posibilita aprovechar eficientemente las caractersticas de modulacin AM del integrado:

Forma de onda y amplitud de salidaLa seleccin de la forma de onda de salida del generador se efecta gracias al empleo de un conmutador rotatorio doble de 3 posiciones, SW6.Este conmutador simplemente determina cules de las seales presentes de salida del XR2206 pasa a la etapa amplificadora de salida.La atenuacin de 20dB se consigue mediante la resistencia R3, en serie con el potencimetro de ajuste de amplitud de salida, R4. SW1 permitecortocircuitar R3 y, de esta forma, eliminar la atenuacin de 20dB que sta introduce. O sea, si SW1 est cerrado se tendr una atenuacin de0dB y si est abierto se tendr una atenuacin de 20dB en el nivel de salida del generador.

Amplificador de salida

Se ha empleado como amplificador de la etapa de salida del generador un operacional de alta velocidad, ya que debe ser capaz de conseguir una ganancia lo suficientemente elevada para seales de hasta 1MHz en seales sinusoidales. Adems debe de mantener esa ganancia para, al menos, los primeros armnicos de las seales triangular y cuadrada, ya que de lo contrario deformara estas seales de forma inadmisible.La configuracin elegida para este amplificador es de lo ms tpica: amplificador inversor. La ganancia del mismo viene determinada porlas resistencia R6+R7 y R9, y su valor se ha ajustado a 8,1. R5 determina que la impedancia de salida del amplificador sea de 50 ohmios.

Offset y desacoplos

La entrada no inversora del LM7171 se ha empleado para dotar al generador de un ajuste del OffSet DC de salida. Un simple divisor de tensin variable cumple esta funcin (R1, R2 y R8). En cuanto a los condensadores, C1 impide fluctuaciones de la tensin de OffSet ajustada mediante R2 y C2 y C3 son condensadores de desacoplo de la alimentacin del LM7171. Todos estos condensadores han de colocarse fsicamente lo ms cerca posible del integrado para que cumplan su misin con eficacia.Como posible mejora del generador se podra haber incluido un interruptor que permitiese activar y desactivar el OffSet DC de salida. Esto no presenta mayor complicacin. Basta colocar un interruptor en paralelo con los terminales de los extremos de R2. Cuando dicho interruptor est cerrado el OffSet estar Off, y viceversa, cuando est abierto el OffSet estar activado.