Generador de Funciones con NE567

Entre los elementos que todo desarrollador electrónico debe tener en su laboratorio de diseño se encuentra un generador de BF (Baja Frecuencia) con amplitud y frecuencia de salida variables que construiremos con un NE567. Saber que estamos hablando de un circuito sencillo, no resuelve nuestros problemas al momento de requerirlo, por lo tanto, ya es hora de construir un Generador de Funciones básico, con salidas de onda senoidal, triangular y cuadrada para múltiples usos, fácil de transportar y realizado con componentes básicos que encontrarás en cualquier tienda. Si comienzas a dar los primeros pasos en Electrónica, ésta es una herramienta que no puede faltar en tu arsenal de dispositivos útiles para el desarrollo, control de equipos y creación de nuevas formas de vivir la electrónica.

Un oscilador de frecuencia variable siempre ha sido un trabajo muy sencillo de realizar, de obtener circuitos en la web y de analizar a partir de ciertos parámetros o reglas mnemotécnicas que rigen su funcionamiento, de acuerdo al tipo de oscilador que los diseñadores han decidido emplear. Utilizar circuitos integrados dedicados a tal fin, como el NE555, reduce la cantidad de componentes asociados que debemos incluir en un oscilador. Este es el caso de los CCO (Current Controlled Oscillator), incorporados en circuitos integrados complejos y dedicados a diversas funciones, muy diferentes a tener un destino único como temporizador u oscilador. En el NE567 encontramos un clásico ejemplo de esto, donde un CCO forma parte de un conjunto de etapas dentro de un circuito integrado. Recordando en forma breve la teoría sencilla del CCO podemos decir que simplemente estamos ante un oscilador que tiene la habilidad de variar su frecuencia en función de la variación de corriente que circule por una resistencia, conectada entre dos pines del circuito integrado y que esté destinada a cargar un capacitor (o condensador) referido a tierra o GND.

En el caso de este montaje, utilizando el CCO incorporado dentro del NE567, haremos los ensayos pertinentes para comprobar su funcionamiento (en forma de oscilador libre), para descubrir algunos detalles que nos llevarán por caminos que aún ni imaginas y que aparecerán en futuras entregas. Por lo pronto la tarea estará centrada en preparar el circuito que utilizaremos en nuestro generador de BF y cómo calcularemos (de manera aproximada, según el fabricante) la frecuencia de trabajo, en los casos en que no podamos leerla en forma directa con un frecuencímetro. Además, el circuito empleado nos permitirá disponer de señales tipo escalón, o como las conocemos a diario “cuadrada”, triangular, y senoidal. Pero, antes de continuar con todo esto, ¿para qué puede serte útil un generador de BF? Por lógica, la respuesta sería “para miles de aplicaciones” pero pasemos a algunas concretas. La mayoría de los amplificadores de audio se ensayan, se ajustan y se determina su correcto funcionamiento a partir de tonos fijos (o variables) de audio con los que se observa, etapa por etapa, si existe distorsión, deformación o, en el peor de los casos, la pérdida total del sonido. Puede ser útil para verificar el correcto funcionamiento de un transductor de ultrasonidos, para generar esta gama especial de audio, cuyas frecuencias se encuentran por encima de los que podría escuchar un ser humano de edad media.

En el argot técnico, se podría mencionar que son muy útiles para generar señales de sincronización de circuitos digitales, donde no es útil la aplicación de osciladores fijos a base de cristales de cuarzo o de resonadores cerámicos, que sólo pueden ofrecer una frecuencia fija. La posibilidad de variar la frecuencia de un oscilador, puede alterar la velocidad de destello de un LED hasta la sintonía de un receptor de radio, todo depende de la aplicación para la que es diseñado y destinado. Otro ejemplo elemental de aplicación es la generación de señales PWM de manera muy sencilla, con dos diodos y un resistor variable, tal como lo muestra el último gráfico de la figura 26 de la hoja de datos que te dejamos al final del artículo. ¿Para que necesitas PWM? Para ensayar servomotores, motores dedicados a aeromodelismo (cuadricóptero) o cualquier tipo de motor CC. En nuestra aplicación, no buscamos esa funcionalidad, pero es bueno que sepas que la tienes a disposición de manera muy sencilla y fácil de implementar. Ahora saliendo del PWM y volviendo al CCO, vale mencionar que según el fabricante, el NE567 sólo depende de dos componentes para fijar la frecuencia de trabajo y para ello, nos presenta una fórmula muy sencilla como vemos en la imagen: la inversa del producto entre C1 y R1. (C1 en Farads y R1 en Ohms) (o Faradios y Ohmios)

Para generar una salida senoidal, hemos utilizado un transistor genérico, del tipo NPN como el C1815 (BC548, 2N3904), en configuración de seguidor por emisor, acoplado a su salida mediante un capacitor (o condensador) de 220uF.  Luego de limitar la salida con un par de diodos 1N4148, lo enviamos hacia una etapa amplificadora con un TL081 que se encargará de ofrecernos un nivel de señal importante, como para utilizar en cualquier aplicación donde una señal senoidal sea necesaria. A partir de esta salida, tendremos completo nuestro generador con la posibilidad de disponer de cualquier tipo de forma de onda  generada por el NE567 y los circuitos que hemos agregado al mismo.

En todas las bandas de frecuencia, la amplitud de la onda cuadrada se mantiene constante, lo mismo que la señal triangular. La señal senoidal en cambio sufre una atenuación con el aumento de frecuencia y lo hace, aproximadamente, de la siguiente manera: para las frecuencias más bajas (30 a 200Hz) experimentadas (con C1 = 1uF) alcanza su máximo valor de excursión con 7Volts pico a pico. Aquí comienza a decrecer levemente hasta legar a un valor de 6Volts (pap) en cercanías de los 50Khz. A partir de allí, el descenso de la amplitud de salida útil, desde el amplificador operacional, se coloca en valores cercanos a los 5Volts pap para 150Khz, y 2Volts pap para 400Khz.

Por último, al seguir incrementando la frecuencia, ya con C1 ubicado en 470pF, obtuvimos amplitudes senoidales útiles de hasta 1Volt pap llegando a los 620Khz.  Si decidimos subir en frecuencia aún más, nos encontramos con la particularidad de no sufrir distorsión notable en la forma de onda de salida. Sólo observamos un pequeño porcentaje de distorsión en la señal al inicio del trabajo, hasta llegar a los 300Hz, pero al superar este valor, la señal senoidal presenta una distorsión imperceptible, a los efectos prácticos, como instrumento auxiliar en nuestro laboratorio.

Según a hoja de datos del NE567, la frecuencia del oscilador interno puede alcanzar valores de frecuencia típicos de 500Khz. Según nuestros ensayos, reduciendo el valor de C1 hasta 470pF (como vimos en el esquema) logramos obtener frecuencias cercanas a los 770Khz. Alcanzar una frecuencia superior no es nuestra finalidad debido a que, por encima de los 500Khz ya dejamos de estar trabajando con un instrumento de ayuda, orientado a la reparación, el ajuste o  el diseño de un equipo. Además, superando los 40Khz ya entramos en una porción del espectro de BF que puede ser considerado dentro de la banda de los ultrasonidos hasta los 300Khz. Como la mayoría sabe, más adelante, a partir de los 550Khz, ingresamos en la porción del espectro radioeléctrico asignado a las emisoras de radiodifusión por amplitud modulada y trabajar en esos segmentos podría provocar interferencias en receptores ubicados en las proximidades.

De todos modos, y haciendo uso de las propiedades que tiene este circuito integrado de incorporar un PLL (Phase Looked Loop) (Lazo Cerrado de Fase) en sus entrañas, podemos generar, a partir de él, un pequeño oscilador de precisión para trabajar como emisor dentro de la banda de radiodifusión con baja potencia y en modo experimental. Teniendo un oscilador ajustado por PLL trabajando dentro de la banda de AM nos haría falta un circuito capaz de modular en amplitud la frecuencia, amplificada en forma previa a valores adecuados y una antena que irradie nuestra transmisión. De este modo, podremos dar otro tipo de utilidad a este circuito, ¡que se inició como un simple generador de BF!

¿Te interesa a idea? ¿Te agrada la experimentación y la transformación de un circuito A en otro B con sólo utilizar la imaginación e inspiración? Para nosotros, en NeoTeo, es el motor que nos lleva hacia adelante en cada montaje. ¿Te interesa la construcción de una pequeña emisora de amplitud modulada para fines didácticos y de aprendizaje? De tus comentarios en este artículo y en el Foro de Electrónica de NeoTeo depende el crecimiento de nuestro trabajo. ¡Esperamos tus comentarios!