01) Generador de Funciones · PDF fileLOS KITS DESTACADOS DE SABER ELECTRÓNICA 4 Introducción En el año 1985 diseñé el circuito de un generador de funciones que luego publiqué

GENERADOR DE FUNCIONES

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Comenzamos esta obra tratando deexplicar cómo se arma un circuitoelectrónico, realizando el diseño delmontaje “desde cero”.En la era de los microcontroladores delos prototipos digitales, solemos olvi -darnos de los beneficios de la electró -nica analógica. Si uno desea contar con herramientaspara el diseño de circuitos electróni -cos específicos, es fundamental sabercómo funciona un transistor, un ampli -ficador operacional y un temporizadorcomo el 555. Para poder explicar “las bondades dela electrónica analógica” elegimos ungenerador de funciones (genera seña -les senoidales, triangulares y cuadra -das en una amplia gama de frecuen -cias) construido a partir de amplificadores operacionales y un conformador realizado con dio -dos. El generador de funciones (también conocido como generador de audio) es un instrumento útilpara el tallerista, especialmente para ser usado en tareas de calibrado de amplificadores de au -dio, verificación de la respuesta en frecuencia de un equipo, puesta en marcha de sistemas di -gitales y análisis de circuitos electrónicos en general. Es importante que el técnico sepa mane -jar el instrumento, pero también debe conocer su funcionamiento con el objeto de poder utili -zarlo al máximo.Luego de conocer cómo funciona el circuito, lo armaremos y lo simularemos con un laborato -rio electrónico (en este caso emplearemos Livewire). De esta manera, no sólo aprenderá a cons -truir osciladores, amplificadores, diferenciadores e integrados con amplificadores operaciona -les, sino que tendrá la oportunidad de comprobar su funcionamiento en una computadora yaprender a manejar el osciloscopio de un laboratorio virtual. Por último, veremos cómo construir el circuito impreso de este circuito utilizando el programaPCB Wizard y cuáles son las diferencias obtenidas si el impreso se obtiene en forma totalmenteautomática o con la ayuda del operador, para colocar los componentes en forma manual. De másestá decir que lo que enseñamos en este primer capítulo es aplicable al resto de los kits desa -rrollados en este texto.

LOS KITS DESTACADOS DE SABER ELECTRÓNICA

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Introducción

En el año 1985 diseñéel circuito de un generadorde funciones que luegopubliqué en Saber Elec-trónica Nº 10, luego enSaber Electrónica Nº 182volvimos a exponerlo perocon mejoras en el impresopara que sea más com-pacto.

Cuando programamoslos temas que incluiríanlos tomos de colección delClub Saber Electrónica,decidimos que los tomos11, 13, 15 y 17 correspon-derían a un curso comple-to de televisión con asis-tencia por Internet y exá-menes, que el alumno pueda contes-tar para obtener un certificado cuandoapruebe el curso. Cada uno de estostomos contiene los montajes de ins-trumentos útiles para el manteni-miento, reparación y calibrado de losreceptores de televisión, razón por lacual tuvimos que “reflotar” al genera-dor de funciones.

Mientras leía la nota publicadahace más de 16 años, comencé apensar que muchos lectores quizá notengan la oportunidad de diseñar ymontar sus propios circuitos, porquehoy ya casi ni se enseña la electróni-ca analógica, por ese motivo decidírealizar esta nota en la que se vuel-ven a explicar los conceptos teóricos,se realiza la simulación electrónicaen Livewire y se diseña el circuito im-preso con la ayuda de PCB Wizard 3.

Descripción Teórica

El amplificador operacional (A.O.)es un circuito de muy alta ganancia,impedancia de entrada elevada e im-pedancia de salida baja. El símbolodel amplificador operacional se mues-tra en la figura 1.

El amplificador operacional por

medio de un circuito asociado deter-minado puede utilizarse como: a) am-plificador inversor, b) amplificador noinversor; c) sumador; d) separador; e)integrador, f) diferenciador g) oscila-dor, etc.

Nos interesa usar el A.O.como oscilador de ondacuadrada, para ello nosvalemos del circuito de lafigura 2, que entrega unaseñal de forma de ondacuadrada en la salida yuna señal de forma deonda diente de sierra enel punto A.Como la ganancia delA.O. es muy alta, una pe-queña diferencia de ten-sión entre los puntos A yB lleva a la salida al nivelde Vcc ó -Vee; es decir,la salida tendrá un estadode "saturación". Porejemplo, si VA>VB, en-tonces Vo = -Vee (Vo =tensión de salida); si

VA<VB, entonces Vo = +Vcc (Ver figu-ra 3).

Supongamos en un primer mo-mento, que la salida del circuito de lafigura 2 está en estado alto (VO =VCC), en esas condiciones, como li =O debido a la alta impedancia del A.O.se tiene que:

VCCI1 = –––––––

R1 + R2

Luego, por ley de Ohm, la tensiónel en punto B (entrada positiva delA.O.) será:

VB = I1 x R2

A partir del tomo 11 del Club Saber Electrónica (publicado ennoviembre de 2005) se editó un curso de TV color con asisten -cia por internet y en él, además del texto teórico, se describeninstrumentos quie pueden ser empleados en el mantenimiento

y la reparación de estos equipos. Uno de los instrumentos es el generador de funciones, objeto

de este capítulo.

Figura 1

Figura 2 Figura 3

VCCVB = ————— x R2

R1 + R2

Es decir, en el primer instante deanálisis, el capacitor C está descar-g-do por lo cual:

VCCVA = 0 y VB = ––––––– x R2

R1 + R2

Por lo tanto VA < VB lo que justifi-ca que la salida seté en estado alto(V0 = +Vcc). En esas condiciones elcapacitor se carga desde Vcc a travésde R1 según muestra la figura 4.

La tensión que adquiere el capaci-tor con el transcurso del tiempo vale:

t–––––

VA = VCC (1 - e - R X C )

Cuando la tensión sobre el capaci-tor supera la tensión del punto B secumple que VA > VB y la salida cam-bia de estado, es decir, Vo = -Vee.

En ese momento la tensión en elpunto B es negativa ya que:

-VeeVB1 = –––––––– X R2

R1 x R2

También cambia de signo la ten-sión de carga del capacitor, razón porla cual el capacitor se carga con unacorriente de signo contrario (se des-carga) hasta que VA = 0 cargándoseluego con una tensión negativa res-pecto de masa (figura 5).

Esta situación se repite constante-mente, lo que permite tener una señalde onda cuadrada a la salida de ope-racional y una señal diente de sierraen el punto A. El período de carga y

descarga de C puede variarse a tra-vés de R; es decir, si R es variabletendré señales de frecuencia variablea voluntad del operador. Lo dicho seexplica en la figura 6.

Se puede demostrar que en el en-torno de "0" volt de la señal diente desierra, la tensión crece o decrece casien forma lineal, por lo tanto si hace-mos que el operacional cambie de es-tado para tensiones próximas a cerovolt, en el punto A tendré una señal

triangular de bajo nivel. La figura 7 muestra una señal

triangular casi perfecta como conse-cuencia de haber tomado:

R1R2 << R1 x (R2 = ––––––)

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Proponemos que R2 = R1/10Luego, haciendo cálculos mate-


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Figura 4Figura 5

Figura 6

Figura 7

máticos es fácil deducir que el punto Boscilará entre dos valores con creci-miento lineal (onda triangular), estosvalores son:

Vcc -VeeVB = –––– y VBʼ = –––––

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Con esta consideración, el oscila-dor de la figura 2 entregará señales deforma de onda cuadrada y triangular,pero como la señal triangular es demenor amplitud, se la amplifica pormedio de un A.O. conectado en confi-guración no inversor según muestrala figura 8.

La ganancia del segundo amplifi-cador operacional (Vo2) de esa figurase calcula:

Vo2 -R3––– = –––VA R4

Basta entonces, encontrar la rela-ción (R3/R4) apropiada para que laamplitud de la onda triangular sea

igual a la amplitud de la señal de on-da cuadrada.

Para muchas aplicaciones, puederesultar útil tener una señal rectangu-lar con ciclo de actividad variable, esdecir, con tiempos de estado "alto” yestado "bajo" distintos (ver figura 9).

Utilizaremos otro operacional quecompare la señal triangular con unatensión fijada por el técnico.

Cuando la señal triangular alcanzadicho valor, el A.O. satura debido a suelevada ganancia. El circuito propues-to se muestra en la figura 10.

Con P1, fijo una tensión VD en laentrada no inversora del A.O. , luego,la salida está en estado alto mientrasla onda triangular no alcance ese va-lor.

Cuando VC> VD (la señal triangu-lar alcanzará el nivel VD) el A.O. "seda vuelta", es decir, variando P1, cam-bia la ten-sión VD ypor lo tan-to, tam-bién cam-bia el ci-

clo de actividad de la onda cuadrada.Para obtener una señal de forma

de onda senoidal se utiliza un CON-FORMADOR que es una matriz for-mada por diodos y resistencias comomuestra la figura 11.

La matriz transforma la onda trian-gular en onda senoidad debido a quereduce la pendiente de la señal dientede sierra a medida que aumenta suamplitud. La señal así obtenida seaplica a un A.O. implementando comoamplificador no inversor de corrientecontinua.

En realidad, la forma de onda re-sultante senoidal puede considerarsecomo una serie de tramos rectos quecambian de pendiente cada cuarto deciclo. R19, P2 y R20 forman un divisorresistivo para que la señal triangular aconformar tenga la amplitud necesariacon el objeto de tener un onda senoi-


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Figura 8

Figura 9

Figura 10

Figura 11


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Figura 12

dal con un contenido armónico inferioral 3%.

De esta manera tenemos un gene-rador de onda cuadrada, rectangular ysenoidal de amplitud constante apro-ximadamente igual a (Vcc + Vee) yfrecuencia variable dependiente de lacarga y descarga de C a través de R.

Aprenda Construyendo

Es importante que antes de armarel generador de funciones se interiori-ce en el circuito a construir, con el ob-jeto de no cometer equivocaciones.En la figura 12 se muestra el circuitocompleto del generador, que hemosarmado y simulado en Livewire, tal co-mo veremos más adelante.

Es conveniente, en el montaje, co-locar zócalos (bases) para los circui-tos integrados con el objeto de poderreemplazarlos fácilmente en casos dedeterioros. C se cambia por medio deuna llave selectora con el objeto de

variar la frecuencia del generador porbandas según muestra la figura 13.

Colocando valores de capacidadapropiados se pueden conseguir fre-cuencias desde algunos Hz hasta50kHz aproximadamente.

Si se colocan circuitos integradosdel tipo CA741, el generador entregaformas de onda aceptable hasta5kHz. Para frecuencias superiores laimpedancia de entrada del operacio-nal disminuye y el tiempo de respues-ta del mismo se hace considerable,

razón por la cualaparecen nota-bles distorsionesen todas las for-mas de onda. Pa-ra aumentar elrango de frecuen-cias se deben co-locar A.O. con en-trada FET del tipoLF356 en CI1 YCI2. CI3 y CI4pueden seguir siendo CA741.

Para probar el instrumento unavez armado, conéctelo a una fuentede alimentación como la mostrada enla figura 14.

Con un osciloscopio verifique lasformas de onda cuadrada, rectangu-lar, senoidal y triangular en los puntos1, 2, 3 y 4 respectivamente, para ellocalibre el pre-set P3 de modo de ob-tener una señal senoidal casi perfecta(con osciloscopio en punto 3). Si de-sea puede colocar una llave selectoracon el objeto de seleccionar la formade onda a utilizar.

Variando P2 verifique que cambiala frecuencia de la señal mostrada.

Con el osiloscopio en 2 varíe P1verificando que cambie el ciclo de ac-tividad de la señal rectangular. Es in-dispensable el uso de un osciloscopiopara comprobar el correcto funciona-miento del generador, si Ud. no lo po-see recurra a un service amigo o al-gún laboratorio electrónico. Con unfrecuencímetro podrá calibrar el reco-rrido de P2 en valores de frecuenciapara las distintas bandas.

Una vez calibrado el instrumentono será necesario ni el osciloscopio niel frecuencímetro, pues tendrá la se-guridad que su generador de funcio-nes funciona correctamente.

Note que la amplitud de salida deloscilador es alta y constante. Para po-der variar la amplitud a voluntad pue-de utilizar otro amplificador operacio-nal como inversor (no figura en el cir-cuito impreso) como muestra la figura15.

De esta manera, con un reducidocosto Ud. puede construir un instru-mento de múltiples aplicaciones, que,si bien no es de excelente calidad,puede competir con la mayoría de losgeneradores comerciales de taller,con la ventaja que Ud. sabe cómo fun-ciona y puede armarlo con poco dine-ro.

Dejo a su elección el gabinete so-bre el cual montará el instrumento y eldiseño del frente, pero le aconsejoque siga las indicaciones que le hedado a lo largo de esta lección.

Más adelante le explicaré circuitosalternativos que, adosados a este ge-


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Figura 13

Figura 14

Figura 15

nerador, aumentan su utilidad convir-tiéndolo en un verdadero instrumentode laboratorio. Como puntas de cone-xión exterior puede utilizar un cablemallado conectando en sus extremospinzas de las denominadas "cocodri-los".

Le reitero que relea este capítulo yno arme el prototipo hasta no estar se-guro de comprender perfectamente elfuncionamiento del equipo propuesto.Si tiene el programa Livewire haga lasimulación tal como explicaremos acontinuación y si no lo tiene, baje elDEMO que está en www.webelectro-nica.com.ar con la clave newave.

Si no ha tenido inconvenientes...¡Manos a la Obra!

Armado y Simulación del Generador en un Laboratorio Electrónico

Tal como lo decimos al comienzo,¡vamos a full con la electrónica analó-gica! y para comprobar esta frase, ve-remos una herramienta fundamentalpara todo amante de la electrónica,sea aficionado, estudiante, técnico oingeniero.

Los laboratorios virtuales son utili-tarios que se instalan en computado-ras para que se puedan armar circui-tos y simular su funcionamiento sinque sea necesario tener que montarlorealmente. Nosotros sugerimos el Li-vewire como programa simulador porvarias razones: es económico, prácti-co, fácil de usar, posee una amplia bi-blioteca de componentes y se lo ac-tualiza constantemente a través de In-ternet. Hace casi 5 años que “adopta-mos” este programa para realizar lasnotas de Saber Electrónica y hastaeditamos un libro llamado “Simulaciónde Circuitos & Diseño de Circuitos Im-presos” (figura 16) que explica el fun-cionamiento de Livewire y PCB Wi-zard 3 y trae gran cantidad de ejem-plos prácticos. Como ya hemos expli-cado varias veces el uso de este pro-grama, sólo haremos una introducción

a modo de “recordatorio” sobre la for-ma de armar un circuito.

Tenemos que armar nuestro cir-cuito y para eso, debemos crear unnuevo documento en el cual dibujarásu circuito.

Para crear un nuevo documento,haga click en el botón “nuevo” o elija“nuevo” del menú de archivo. Sobreel nuevo documento aprenderemos ausar la galería para agregar compo-nentes a su circuito.

Si la galería no está actualmenteabierta, presione sobre el botón Ga-llery (galería) en la barra de herra-mientas para abrirlo (figura 17).

Seleccione la opción símbolos decircuito.

En la ventana de la galería desímbolos de circuito, usted podrá vertodos los componentes que se en-cuentran disponibles dentro del pro-grama (figura 18).

En la figura 19 se pueden ver lasdiferentes galerías de componentescon que contamos para hacer nues-tros proyectos.

Los componentes dentro de lagalería están agrupados de acuerdoa su función. En la parte superior dela ventana hay una lista que le permi-


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Figura 16

Figura 17

Figura 18

te seleccionar qué grupo será exhibi-do. Para hacer el circuito de la figura12, del grupo “fuentes de alimenta-ción”, agregue los componentes “ba-tería” al documento de trabajo. Parahacer esto coloque la flecha del mou-se sobre el símbolo batería, presioney mantenga el botón izquierdo delmouse, con el botón aún sostenido,arrastre el símbolo a su circuito. Fi-nalmente, suelte el botón del mousecuando el símbolo del circuito esté enla posición requerida dentro del do-cumento de trabajo.

Ahora necesitaremos agregar elresto de los componentes, para locual procederemos de forma análogaa lo recién explicado.

Agregue resistores fijos, resisto-res variables, circuitos integradosamplificadores operacionales, capa-citores, diodos, etc. de cada gruposegún los mostrados en la figura 19.

Debemos posicionar los componen-tes cuidadosamente sobre el docu-mento de trabajo antes de comenzara diseñar el circuito.


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Figura 19

Figura 21

Figura 20

Tenga en cuenta que se puedenmover los componentes si nos fija-mos con el mouse sobre ellos, ha-ciendo un click y manteniendo apre-tado el botón mientras movemos elcomponente sobre la posición reque-rida. Para esto, desde la barra de he-rramientas, deberemos seleccionarel cursor como un señalador están-dar (figura 20).

En la figura 21 podemos ver có-mo quedarán los componentes unavez arrastrados sobre el documentode trabajo. Por razones de legibilidaddel circuito, sólo pusimos algunoscomponentes, a los que ya les he-mos puesto su numeración y valor(más adelante explicaremos cómo sehace esto). Tenga en cuenta que esconveniente pensar en la posiciónque deberán tener los componentesantes de colocarlos sobre el docu-mento de trabajo. La posición de loscomponentes al comienzo, puedeayudar a producir un diagrama de cir-cuito más claro.

Para alinear los pines de algunoscomponentes, necesitará rotarlos (enel caso de la figura 21, hemos rotadoa R21 y R22), para ello seleccione elcomponente haciendo un click con elmouse y entonces presione sobre elbotón “rotar” hacia la izquierda o a la

derecha dela barra deh e r r a m i e n t a s(figura 22). Una vez quelos compo-

nentes han sido ubicados, usted pue-de comenzar a unirlos. Para haceresto usted debe primero presionarsobre el botón “seleccionar” de la ba-rra de herramientas (figura 23).

Luego, mueva el mouse sobre elpin superior de la batería (figura 24).Mientras sostiene el mouse sobre elpin se dará cuenta que aparecerá un

recuadro describiendoese pin en particular. Pre-sione y mantenga con elbotón izquierdo del mou-se, sin soltarlo mueva elmouse hasta el puntodonde desea hacer launión.

Usted puede dibujarcurvas, deslizando el bo-tón del mouse sobre elmismo o presionando so-bre una parte vacía delcircuito, como por ejem-plo la posición (b) de la fi-gura 25. Como vamos aconectar la salida deloperacional con R21, pa-ra completar la unión,deslice el botón del mou-se sobre la parte superiorde R21 sin dejar de pre-sionar el botón izquierdodel mouse (figura 26).

Ahora agregue las di-ferentes conexiones has-ta completar el circuitodel generador, tal comose muestra en la figura12. Cabe aclarar que Ud.puede bajar el archivo deeste generador desdenuestra web para no te-ner que construirlo, sinembargo recomendamosque lo arme Ud. mismocon el objeto de practicar.Para bajar este archivo yel del PCB que explicare-mos más adelante, diríja-se a www.webelectroni-ca.com.ar, haga click enel ícono password e ingrese la clave“gene”.

Para unir dos pistas, simplemen-te deslice el botón del mouse sobreuna pista existente. Se dará cuentaque, cuando haga esto, se agregaautomáticamente una unión en elpunto de conexión.

Si se equivoca, en cualquier mo-mento puede presionar el botón“deshacer” para corregir cualquier

error. Con el diagrama de circuito dela figura 12, puede comenzar a ajus-tar el valor de los componentes (ten-ga en cuenta que en dicha figura yaestán los valores reales y que el pro-cedimiento que vamos a explicar, endicho circuito ya lo hemos seguido).

Para cambiar el valor de un com-ponente, haga doble click sobre élcon lo cual se exhibirán las caracte-rísticas del mismo (figura 27). El


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Figura 22

Figura23

Figura 24

Figura 25

Figura 26

campo VALOR para el resistor semuestra en la parte inferior de laventana y consiste en un valor y unmultiplicador (figura 28). Ingrese 10en el primer recuadro de valor (es elvalor del resistor), y luego presionesobre la flecha de la derecha del se-gundo recuadro si debiera cambiarel multiplicador de K (x1000) a x1.En nuestro caso eso no es necesa-rio.

Para completar el diseño del cir-cuito, necesitará ajustar el valor de

todos los componentespasivos siguiendo los pa-sos indicados. Luego de-be asignar la matrícula alos semiconductores, porejemplo, qué tipo de am-plificador operacional va ausar en cada caso (el pro-cedimiento es el mismopara diodos ytransistores).Presione el bo-tón derechodel mouse so-bre el opera-cional y delmenú que apa-rece, elija elUM741 de lalista de mode-

los (figura 29).Usted se dará cuenta

de que el A.O. está eti-quetado como UM741 enel diagrama de circuito.

La mayoría de loscomponentes dentro dePCB Wizard, proveenmodelos diferentes. Losleds por ejemplo, estándisponibles en una gamade diferentes colores.Pruebe ahora, presione

el botón derecho del mouse sobreun diodo y seleccione el modelo1N4148 de la lista de modelos habi-litados.

Debe proceder de la misma ma-nera para todos los componentesdel circuito.

Para simular el funcionamientodel circuito de la figura 12, debemos


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Figura 27

Figura 28

Figura 29

Figura 30

Figura 31

agregar un osciloscopio, para ello,de la galería de instrumentos hace-mos un click sobre el instrumento y

lo arrastramos hacia nuestra hoja detrabajo (figura 30). Hecho ésto, ha-cemos un click sobre el instrumento

con el botón derecho del mouse yseleccionamos la opción A d dGraph (figura 31). Luego, al moverel mouse verá que aparece un crucede líneas que me indica la posicióndonde colocaremos “la pantalla delosciloscopio” (en realidad un gráficoque la simula). Hacemos click en laposición donde queremos colocar elgráfico y manteniendo el botón iz-quierdo del mouse apretado vamoscorriendo hasta obtener el tamañodel gráfico que nosotros querramos(figura 32). Ahora debemos fijar losparámetros del osciloscopio, paraello, haciendo un doble click sobre elgráfico, aparece una tabla para fijarlos valores de tensión máxima y mí-nima y la escala de tiempos en sen-tido horizontal (la base de tiempo delosciloscopio, que no es la base detiempo de simulación, la que debe-remos fijar después). Como no sa-bemos la frecuencia que vamos amedir, en Time colocamos “2 ms”,en maximum colocamos 15V y enminimum ponemos -15V (figura33). Note que el canal 1 se graficaráen color rojo y el canal 2 en colorazul, Ud. puede cambiar los coloresen que se presentarán las señalesen el gráfico haciendo un doble clicken el cuadrito donde está la defini-ción del color. Cuando definimos to-dos los parámetros apretamos OK.

Ahora conectamos el oscilosco-pio, de modo que el canal 1 muestrela señal cuadrada (terminal 1) y elcanal 2 la señal triangular (terminal4). Por último, antes de hacer la si-mulación, debemos ajustar la basede tiempo de simulación (Ti m i n gControl), es decir, el programa debe-rá realizar la simulación en un tiem-po del mismo orden del período dela señal a mostrar, caso contrario elresultado será erroneo (se sugiereque el tiempo de simulación sea en-tre 3 y 10 veces el valor de la fre-cuencia que se está mostrando).

Como el generador produce se-ñales de 1Hz a unos 50kHz, en prin-cipio podemos decir que la señal a


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Figura 32

Figura 33

Figura 34

mostrar será del orden de 1kHz, esdecir, su período (inversa de la fre-cuencia) será de 1 ms, por lo tanto,fijamos ese tiempo en Timing Con-trol. Para ajustar ese parámetro, enla barra del menú vamos a Tools, Si-mulation, Timing Control (figura 34).Aparece una pantalla como la de lafigura 35, en la que debemos selec-cionar la opción Accuracy (precisión)y le decimos que tome 25 muestraspor cada período de simulación paramostrar la señal en el gráfico. Pocasmuestras pueden generar una señalque no está de acuerdo con la reali-


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Figura 35

Lista de Materiales:

R1 - 18kΩR2 - 18kΩR3 - 10kΩR4 - 1kΩR5 - 82ΩR6 - 150kΩR7 - 1MΩR8 - 18kΩR9 - 10kΩR10 - 1kΩR11 - 68ΩR12 - 120ΩR13 - 220ΩR14 - 220ΩR15 - 120ΩR16 - 68ΩR17 - 1kΩR18 - 560ΩR19 - 18kΩR20 - 47kΩR21 - 10kΩR22 - 10kΩ

R23 - 100ΩR24 - 10kΩR25 - 470ΩR26 - 1kΩ todas de 1/8W

Capacitores para cambio de bandacon:* CA - 470pF* CB - .005µF* CC - .05µF* CD - .2µF

D1 a D6 - 1N4148

* CI1 y CI2 - LF356* CI3 y CI4 - CA741P1 - Potenciómetro de 100kΩ linealP2 - Potenciómetro de 1MΩ logar.P3 - Pre-set de 10kΩP4 - Potenciómetro de 10kΩ lineal* L1 - Llave selectora 1 polo 4 posi-ciones* L2 - Llave selectora 1 polo 4 posi-ciones* (Ver texto)

Figura 36

dad (en el caso de mostrarseñales complejas) y mu-chas muestras puedearrojar una señal con mu-cho ruido.

Ajustada la base detiempo, ya estamos encondiciones de realizar lasimulación, al apretar elbotón RUN, comenzará agraficarse las señales, talcomo se muestra en la fi-gura 36. Si no aparecenlas señales, es porque elTiming Control es muy pe-queño, auméntelo 10 ve-ces. Si aparecen líneasverticales como si se trata-ra de una señal de muy al-ta frecuencia, entonces elTiming Control es muygrande y debe bajarlo 10veces. La experiencia leirá diciendo en qué valores debeajustar el tiempo de simulación.

En el gráfico de nuestro ejemplo,la señal tiene un período de 1,3 ms,es decir, corresponde a una frecuen-cia de unos 770Hz. Puede variar lafrecuencia ajustando VR2 para ob-servar cómo cambia la señal en elgráfico. También puede colocar otroosciloscopio para verificar la produc-ción de señales de onda senoidal ycuadrada con ciclo de actividad va-riable. Realice todas las pruebasque crea conveniente y se va a sor-prender de los resultados obtenidos.Hecha la simulación ya nos encon-tramos en condiciones de explicar-les la forma de obtener el circuito im-preso.

Cómo Hacer un PCB Optimizado

Una vez que tenemos nuestroproyecto armado en Livewire, proce-demos a hacer el correspondientecircuito impreso. Para eso, sin cerrarLivewire debemos abrir el programaPCB Wizard 3.

Luego volvemos al circuito en Li-vewire y en la barra de herramientashacemos un click en Tools (Herra-mientas) y deslizamos el mouse sinsoltar el botón hasta Convert y lue-go Design to printed circuit boarden donde debemos soltar el botóndel mouse, tal como vemos en la fi-

gura 37. Automáticamente nos apa-recerá una ventana como la que seve en la figura 38, ésta nos dice queel programa nos guiará para poderrealizar el diseño siguiendo determi-nadas pautas que nosotros podre-mos cambiar de acuerdo con nues-tro criterio. Haciendo click en Next


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Figura 37

Figura 41Figura 39

Figura 40Figura 38

(próximo) aparecerá otra ventanapara configurar el tamaño de la pla-ca de circuito impreso (figura 39),aquí podrá seleccionar la opción pa-

ra que el PCB Wizard elija el tamañoy forma adecuada o Ud. podrá colo-car las medidas que crea convenien-tes. Una vez que definió las medidasdel futuro PCB, haga click en Next yaparecerá otra ventana que nosmuestra la lista de materiales utiliza-dos en nuestro proyecto (figura 40),es muy probable que en algún pro-yecto Ud, por algún motivo, haya de-jado componentes fuera del circuito,o sin conexión, por lo tanto, éstos nodeberán aparecer en la placa y enesta ventana tendrá que destildar adichos componentes. Siguiendo lalista podrá corroborar si aparecentodos los elementos que forman par-te del circuito. Cuando hayamosverificado que están todos los com-ponentes, hacemos click en Nextpara ver la próxima ventana, quenos pregunta si el circuito posee unafuente digital (figura 41), cosa queocurriría en el caso en que se usancompuertas lógicas, y en cuyo dia-grama esquemático no aparecen lasconexiones de positivo y negativo dedichos componentes, nuestro circui-to no posee dichas fuentes por locual destildamos la opción para quelas incluya y continuamos. Dando unclick en Next aparecerá una nuevaventana donde deberemos indicar siqueremos o no, que el programarealice automáticamente la coloca-ción de los componentes en el im-preso, que gire los componentes sies necesario, que los fije al impresoy el espacio mínimo entre pistas, co-mo vemos en la figura 42. Es a par-tir de aquí que podemos indicar que

el programa siga en forma automáti-ca, en forma manual o semimanual,o por partes. Veamos algunas de lasopciones.

Creando un PCB en Forma Automática

Haciendo click en Next vamos ala siguiente pantalla que nos da laopción del ruteo automático para launión de los componentes, si pue-den haber pistas en diagonal, si esnecesario agregar puentes, si es dedoble faz o faz simple y el grosor delas pistas (Ver figura 43).

Volvemos a hacer click en Next yse abre otra pantalla que nos da laopción de agregar cobre en todaslas partes vacías del impreso (Auto-matically add copper area(s) tothe board), con lo que nos ayuda aahorrar percloruro férrico a la horade hacer el impreso. Nos da tambiénla opción de cambiar la distancia en-tre pistas para que no pasen unasmuy cerca de otras pudiendo provo-


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Figura 43Figura 42

Figura 44

Figura 45

Figura 46Figura 47

Figura 48

Figura 42 Figura 43

Figura 44

Figura 45

car un cortocircuito entre pistas (fi-gura 44). Damos nuevamente unclick en Next y finalmente aparecerála última pantalla antes del procesode conversión, donde solamente de-bemos hacer click en Convert comovemos en la figura 45.

Inmediatamente después, ve-mos que los componentes se vancolocando dentro del tablero que se-rá nuestro circuito impreso y espera-remos a que haga el ruteamiento au-tomáticamente. En unos minutostendremos nuestro impreso termina-do (ver figuras 46, 47 y 48).

Note que al hacer el ruteo auto-mático tenemos el inconveniente deque si nuestro proyecto posee mu-chos componentes, el impreso con-tendrá algunos puentes entre cone-xiones y hasta puede hacerse confu-so a la hora de armar el PCB en lavida real.

Para mejorar este problema exis-ten otras maneras de proceder. Po-demos recurrir a la manera manual osemimanual, o diseñarlo por parteseso dependerá de usted y lo compli-cado del proyecto.

Creando un PCB de Forma Semimanual

Debemos seguir los mismos pa-sos que antes hasta la pantalla de lafigura 41, quien indica si vamos autilizar conexiones de fuentes digita-les.

Luego de indicar si necesitamosconectar fuentes digitales o no, da-mos un click en Next y nos aparecenuevamente la pantalla de la figura42, pero en este caso, destildamosla opción Automatically placecomponents on the board (figura49) y hacemos click en Next paraque aparezca la siguiente ventanaque nos permitirá continurar en ladefinición de parámetros hasta obte-ner la pantalla de la figura 50, hace-mos click en Convert.

Veremos en la pantalla siguientela placa de circuito impreso vacía ydebajo de ella todos los componen-tes que usaremos y que deberemosir colocando en dicha placa.

Para continuar, debemos teneruna idea de cómo irán colocados loscomponentes en el PCB de maneratal que no le sea tan complicado alprograma hacer las conexiones y deesa manera no aplicar puentes entrepistas. (Figura 51).

Ahora, vamos haciendo un clickcon el mouse sobre cada compo-nente y lo arrastramos hasta lo queserá la placa de circuito impreso co-

mo vemos en la figura 52. Recuerdeque puede rotar los componentes,primero seleccionándolos con elmouse y luego haciendo click en elícono de rotar como se ve en la figu-ra 53, damos la orientación quecreemos conveniente.

Así vamos colocando todos loscomponentes hasta tener a todos enla placa de acuerdo con la posiciónque creemos adecuada, tal comovemos en la figura 54. Para este pa-so, conviene tener a mano el circui-to eléctrico, así sabremos la cerca-


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Figura 49

Figura 50

Figura 51

Figura 52

Figura 53

Figura 54

nía y posición más adecuada entreelementos.

Una vez hecho esto, vamos a labarra de herramientas y hacemosclick en Tools y deslizamos el mou-se soltando en Auto route - routeall nets (figura 55) y nos apareceráuna ventana que da las opciones pa-ra que se puedan crear pistas diago-nales, agregar puentes entre pistassi es necesario y si el impreso será

de simple faz o de doble faz (ver fi-gura 56). Destildamos la opción delos puentes y la del impreso de do-ble faz. Así comenzará un nuevo ru-teo como se ve en la figura 57. Ter-minado el proceso, esta vez el pro-grama nos ha creado sólo 8 puentesentre pistas (figura 58), varios me-nos que en la versión automática,que había creado 12 puentes.

A partir de aquí, el proceso lo po-demos continuar de forma manual yasí ir encontrando soluciones a lospuentes creados, ya que cuanto me-nor sea la cantidad de ellos, mejorserá nuestro diseño. También pode-mos compactarlo (hacer el impresomás pequeño).

Mejoremos entonces el proyecto,los pasos a seguir son los si-guientes:

Proceso de Optimización Manual de un PCB Creado Semiautomáticamente

Tenemos el diseño que muestrala figura 58, agrandamos la páginacon la lupa (encuentra el ícono lupa

en la barra de herramientas), ytratamos de buscar alternativascambiando componentes de lugar,rotándolos (Con los íconos de rotar

), corriendo las pistas, enfin... utilizando todas las herramien-tas disponibles en el programa parapoder confeccionar un impreso delmenor tamaño posible.

Podemos, por ejemplo, modificarla pista que une el preset VR1 conR1. También podemos modificar lasconexiones de R1 y R2 que van alpreset VR1, tal como vemos en lasfiguras 59 y 60. Para modificar laspistas, seleccione el cursor en la ba-

rra de herramientas como seve en la figura 59 y luego haga clicksobre la pista a modificar, como seve en la figura 60, arrastre los pun-tos interiores de la pista selecciona-


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Figura 56

Figura 57

Figura 58

Figura 60

Figura 61

Figura 62

Figura 63

Figura 59

Figura 55Figura 55

Figura 61

Figura 63

Figura 62

da y diríjala hacia donde quiere lle-varla (vea la figura 61) y compare loscambios con la figura 59. Como pue-de ver, hemos hecho un poco mássimple una parte del impreso sinafectar al circuito, ya que los dos re-

sistores, tanto R1 como R2 son delmismo valor y además los resistoresno llevan polaridad para conectarse.Ahora podemos acercar más alVR1, R1 y R2 al circuito integradoIC2, como se ve en las figuras 62 y63.

Recuerde que si en algún mo-mento se encima la etiqueta de uncomponente sobre otro, puede se-leccionar dicha etiqueta y haciendoun click en Edit, y deslizando el pun-tero del mouse hasta Label / Fixedo ejecutando las teclas S h i f t + C-trol+F, podrá cambiar de lugar dichaetiqueta sin mover el componente,como se muestra en la figura 64.

En la figura 65 vemos que R23puede cambiarse de lugar y de esamanera evitar que pase una pistaentre las terminales 5, 6 y 7 del inte-grado IC2. Pero también hay unapista para cambiar de lugar y poderconectar el otro extremo de R23, pa-ra eso hacemos click sobre la pista yla movemos a partir de los puntos onodos internos, también podemosagregar nodos, haciendo click con elbotón derecho del mouse teniendola pista seleccionada, ver figura 66.El resultado del cambio lo vemos enla figura 67.

Observamos que el preset VR2 yR3 pueden colocarse más cerca delintegrado IC1, y éste a su vez máscerca de R4 y R5, de esa manera dea poco vamos compactando el cir-cuito impreso. Re-cuerde mover cadapista o componentecon cuidado para noequivocarse y luegohacer una conexiónerrónea. Si tiene du-das vuelva atrás conel ícono atras /ade-

lante ( dela barra de herra-mientas) y luego ha-cia adelante.

Así vamos mejo-rando el diseño del


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Figura 64

Figura 65

Figura 66

Figura 67

Figura 68

Figura 69

Figura 70

Figura 72

Figura 71

Figura 69

Figura 68

Figura 65

Figura 71

Figura 70

Figura 67

Figura 66

impreso, haciendo lugarpara colocar pistas dondehabía puentes. Para elimi-nar un puente seleccióne-lo y luego presione la tecla“Delete”, ver figura 68, yluego con el ícono que semuestra en la figura 69podemos dibujar las pis-tas, antes haga un dobleclick sobre el ícono paradefinir el grosor de la pistaque vamos a dibujar (figu-ra 70). Para eso haga clicksobre el centro de la termi-nal de un componente yvaya arrastrando el mou-se haciendo un click encada nodo o curva hastaquedar conectado al com-ponente correspondiente,donde deberá hacer dobleclick para que la pista sefije al impreso y una loscomponentes, como se veen la figura 71.

Finalmente, obtene-mos nuestro impreso sinpuentes y en un tamañobastante reducido. (Ver fi-gura 72).

Queda para una próxi-ma entrega, explicar cómohacer el PCB por partes,sin embargo, en la figura

73 reproducimos el cir-cuito impreso en tamañoreal, ya sea del lado delcobre como de los com-ponentes.Una vez construído el ge-nerador, sólo debe reali-zar un ajuste y para ellotiene que contar con unosciloscopio o un anali-zador de espectro.Tiene que ajustar VR3para que la señal senoi-dal posea el menor con-tenido armónico posible,si cuenta con un oscilos-copio, tiene que mover elpre-set hasta que la ima-gen vista en pantalla sealo más senoidal posible.Con VR2 ajusta la fre-cuencia en pasos finos,mientras que VR1 permi-te el ajuste del ciclo deactividad de la señal deforma de onda cuadradaobtenida en la salida 2.Para cambiar el rango defrecuencias, debe con-mutar al valor de C1.Si emplea transistorescon entrada FET, podráconseguir señales supe-riores a los 50kHz conmuy pocas deformacio-nes.

Le aconsejamos que antesde montar el generador rea-lice la simulación en Livewi-re, si no tiene el programacompleto, puede bajar undemo de nuestra web, diri-jiéndose a www.webelectro-nica.com.ar, haciendo clicken el ícono password e in-gresando la clave: “gene”.El montaje no reviste consi-deraciones especiales y sisigue las indicaciones dadasen el comienzo de este artí-culo verá que habrá aprendi-do “mucho” sobre electróni-ca “analógica”.


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Figura 73

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01) Generador de Funciones · PDF fileLOS KITS DESTACADOS DE SABER ELECTRÓNICA 4 Introducción En el año 1985 diseñé el circuito de un generador de funciones que luego publiqué