INFORME DE PRÁCTICA 1

FUNCIONAMIENTO, APLICACIÓN DEL VCO

PIANO ELECTRÓNICO

ING. RODOLFO JOSÉ GUTIÉRREZ GONZÁLEZ

CRISTIAN CAMILO GARCIA CÓDIGO 2420101015

CRISTIAN SUAREZ VANEGAS CÓDIGO 2420101030

INGENIERIA ELECTRONICA

UNIVERSIDAD DE IBAGUE

SEMESTRE B 2012

SEPTIEMBRE 2012

IBAGUE TOLIMA

MARCO TEÓRICO

OSCILADOR CONTROLADO POR TENSION VCO

Un oscilador controlado por voltaje (VCO, de voltage-controlled

oscillator) es un oscilador (en forma más específica, un multivibrador de

funcionamiento autónomo) con una frecuencia estable de oscilación,

que depende de un voltaje de polarización externo. La salida de un VCO

es una frecuencia, y su entrada es una señal de polarización o de

control, que puede ser un voltaje de cd o de ca. Cuando se aplica un

voltaje de cd o de ca de variación lenta en la entrada del VCO, la

frecuencia de salida cambia, o se desvía, en forma proporcional.

Un Oscilador controlado por tensión o VCO es un dispositivo electrónico que usa amplificación, realimentación y circuitos resonantes que da a su salida una señal eléctrica de frecuencia proporcional a la tensión de entrada. Típicamente esa salida es una señal sinusoidal, aunque en VCOs digitales es una señal cuadrada.

Cuando la entrada es 0V, el VCO tiene una señal con una frecuencia llamada frecuencia libre de oscilación y ante variaciones de la entrada, sube o baja la frecuencia de su salida de forma proporcional.

Una aplicación típica de los VCO es generar señales moduladas en frecuencia (FM). También son usados como parte de Bucles de enganche de fase. Suelen emplearse en aplicaciones electrónicas de comunicaciones.

En su construcción pueden emplearse distintos dispositivos, siendo los más habituales los diodos varicap y los cristales de cuarzo.

Este tipo de osciladores suele presentar problemas debido a que los cambios de temperatura (humedad) afectan a la afinación del mismo.

CIRCUITO OSCILADOR ASTABLE A IMPLEMENTAR

El circuito de la figura anterior presenta las conexiones necesarias para configurar

el CI LM555 como astable.

Las formulas necesarias para el cálculo del circuito anterior a partir de una

frecuencia natural son:

APLICACIÓN EL PIANO

Es un instrumento musical clasificado como instrumento de teclado de cuerdas percutidas. Desde su aparición, alrededor del año 600, hasta nuestros días, el órgano ha sido objeto de innumerables innovaciones y cambios de apariencia gracias a la utilización de técnicas de fabricación y tratado de materiales cada vez más especializados. Pero, a pesar de sus diferencias externas, siempre se ha conservado la misma característica básica del órgano como instrumento musical, que consiste en la producción de un determina do sonido mientras se mantiene oprimida la tecla correspondiente.

A continuación cada nota musical con su respectiva frecuencia:

DO 261 Hertz

RE 294 Hertz

MI 330 Hertz

FA 349 Hertz

SOL 392 Hertz

LA 440 Hertz

SI 494 Hertz

DESCRIPCIÓN DE PROYECTO:

El LM555 es un dispositivo de gran uso en muchas aplicaciones en la

electrónica entre ellas la de VCO( oscilador controlado por voltaje ) , siendo el

LM555 configurado como astable con la única diferencia que el voltaje de

control será suministrado en el pin 5 y la frecuencia de salida en el pin 3.

Para la aplicación del VCO se va implementar un teclado o minipiano con las 7

notas de la escala musical correspondientes a las frecuencias de la 3 octava u

octava central, para ello ,se realizaran los cálculos necesarios para el

funcionamiento del vco, y la obtención de los voltajes correspondientes para

que se obtenga la frecuencia de cada nota, lo que consiste en divisores de

voltaje e interruptores a la entrada, además de un interruptor extra al del divisor

para activar el vco, lo que hace que la frecuencia natural del vco sea omitida en

el sonido de la salida.

Cálculos Del VCO Con 555

Para una frecuencia natural de 454 Hz

Si C= 110nF y Ra= 1KΩ entonces:

( )

( )

( )

Rb 14kΩ

Obtención de los voltajes correspondientes:

Par obtener una ecuación que rige la variación de la frecuencia con respecto al

voltaje se hizo una aproximación lineal con datos simulados del vco:

Si vin= 0v Frec= 454 Hz

Si vin= 5v Frec= 488.23 Hz

Si vin= 8v Frec= 253.03 Hz

Se considera que el comportamiento del VCO en este rango es aproximadamente

lineal, obteniendo la ecuación que lo rige:

Frec = m(Vin) + b

m=

= 24.62

b= 454

Frec= -24.62 (Vin) + 500

De esta forma encontramos el valor de voltaje correspondiente a cada frecuencia

conveniente al sonido de la nota:

NOTA MUSICAL FRECUENCIA DE LA NOTA (HZ) VOLTAJE

DO 263,15 Hz 8.41 v

RE 294.11 Hz 7.84 v

MI 333.33 Hz 7.39 v

FA 344.82 Hz 7.25 v

SOL 386.61 Hz 6.82 v

LA 435.78 Hz 6.27 v

SI 500 Hz 5.45 v

Calculo de los divisores de voltaje:

( )

DO

Vin = 8,41v Si R1 = 500Ω

( )

RE

Vin = 7.84v Si R1 = 500Ω

( )

MI

Vin = 7.39v Si R1 = 500Ω

( )

FA

Vin = 7.25 v Si R1 = 500Ω

( )

SOL

Vin =6.82 v Si R1 = 500Ω

( )

LA

Vin = 6.27v Si R1 = 500Ω

( )

SI

Vin = 5.45v Si R1 = 500Ω

( )

LISTA DE MATERIALES QUE SE UTILIZARON

Resistencias a 1/4 W

7 R1 –R7 500 Ω

1 RA 1k Ω

1 RB 14k Ω

Trimers

7 RV1-RV7 20k Ω

1 10k Ω

Condensadores

1 100 nF cerámico

1 10nF cerámico

1 2200nF Electrolictico

1 Circuito integrado 555 (IC1)

1 Parlante de 8 ohm a 0.25W

14 Pulsadores 4 pines

1 Fuente DC 9 Voltios

SIMULACIÓN PROTEUS

DO 3.8 mS T 263 .15 Hz = Frecuencia:

RE 3,4 mS T 294,11 Hz = Frecuencia

MI 3 mS T 333,34 Hz = Frecuencia:

FA 2,8 mS T 357,14 Hz = Frecuencia:

SOL 2,6 mS T 384,61 Hz = Frecuencia:

LA 2,3 mS T 434,78 Hz = Frecuencia:

SI 2 mS T 500 Hz = Frecuencia:

CONCLUSIONES

Cuando no hay señal aplicada a la entrada del sistema, la tensión Vd(t) que controla el

VCO tiene un valor cero. El VCO oscila a una frecuencia, f0 (o lo que es equivalente en

radianes Wo) que es conocida como frecuencia libre de oscilación.

Este tipo de osciladores suele presentar problemas debido a que los cambios de

temperatura (humedad) afectan a la afinación del mismo.

BIBLIOGRAFÍA

WAYNE, Tomasi

Sistemas de Comunicaciones Electrónicas

Prentice Hall. México 2003.

Curso Practico de Electrónica Moderna, Cekit 34 proyectos prácticos para

construir.

WEBGRAFIA

http://en.wikipedia.org/wiki/Voltage-controlled_oscillator

http://latecladeescape.com/algoritmos/1129-frecuencia-de-las-notas-

musicales

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%BAsica

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne555.pdf

http://www.ecelab.com/circuit-vco-555.htm