¿Generador de funciones analógico (2 / 13 paso)

Paso 2: Oscilador de la relajación

Este diseño está basado en el oscilador de relajación simple pero eficaz. Un oscilador de relajación es básicamente un disparador de Schmitt que ha tenido en una oscilación basada en el tiempo de subida de una serie resistor y condensador. Un disparador de Schmitt es una configuración para comparadores que agrega histéresis, o dependencia de la historia reciente, a una operación de comparación. Histéresis es la razón de su termostato no haga clic en encendido y apagado en exactamente el mismo lugar cuando usted gire hacia adelante y hacia atrás. Disparadores de Schmitt se utilizan normalmente para comparar dos tensiones cuando las señales son bastante ruidosas, ya que el ruido de baja amplitud puede causar el comparador accionar sobre el ruido en vez de la señal deseada. Un disparador de Schmitt tiene una tensión umbral basada en los valores de dos resistencias, R1 y R2 en la figura adjunta. Si tenemos el comparador conectado a +-12V, la tensión umbral será +-12V*R1/(R1+R2). Este diseño utiliza un trimmer R1, por lo que umbral es variable.

Supongamos que las resistencias son elegidas para que el umbral de voltaje V_thres= 1V. Cuando se inicializa el circuito, el voltaje en C es cero y el comparador será carril a una de las tensiones de alimentación. Digamos de que + 12V. Entonces el voltaje en el pin 3 es + 1V. El comparador ve esto y continúa suministro de + 12 desde V₊> V_–. Algunas corriente viajará a través de R3 y R4 y comienzan a cargar C, causando la tensión aumentando según la función V_C(t)=12*(1-EXP(-t/RC)). Cuando solo pasa 1 v, entonces V₊V_C < V_– y el comparador cambiará su estado de salida de - 12V. Cuando V_a=-12 voltios, entonces V_thres=-12*R1/(R1+R2), o para nuestro escenario, V_tres= 1V. Así que ahora el comparador ve V-= + 1V V₊=-1V. El condensador se descarga a través de R3 + R4 e invierte polaridad hasta V_–=-1V, donde el comparador cambiará a + 12V de salida otra vez. Este proceso sigue una y otra vez y tiene una frecuencia de aproximadamente f=(R1+R2)/(4*R1*C*(R3+R4)). Una característica notable de esta relación es que es totalmente independiente de la tensión de alimentación del comparador de. Es únicamente una función de los componentes pasivos que elija.

Una ventaja de utilizar un oscilador de relajación es que es capaz de producir una onda de triángulo aproximadamente al mismo tiempo que está haciendo una onda cuadrada. Esta señal es la tensión en el condensador. Como dije antes, esta señal realmente sigue una curva exponencial. Sin embargo, si hacemos mucho menos que la tensión de alimentación V_tres (por alrededor de un factor de 10), entonces la curva se puede aproximar bastante bien por una línea recta. Para aquellos de ustedes con experiencia con Taylor Series, esencialmente estamos eligiendo "t" pequeño y tomando la primera orden (linear) aproximación a la exponencial. En otras palabras, si hacemos V_tres bastante pequeño, tenemos dos señales por el precio de uno.

Dirás: ¡ pero esto no es un comparador, es un op-amp! pero son esencialmente la misma cosa. OP-amps están diseñados con retroalimentación negativa en la mente y son típicamente más lentos, pero pueden ser utilizados para realizar comparaciones de voltaje. Elegí utilizar amplificadores de op de la serie TL08x porque son baratos, mucho mejor que 741s, tienen una tasa de giro relativamente alto (velocidad), y tienen entradas JFET (alta impedancia), por lo que realmente son el perfecto aficionado op-amp. He probado este circuito básico hasta frecuencias de unos 350 kHz con muy buenos resultados, pero la señal de empezar a romper en alguna parte alrededor de 500 KHz. El op-amp no es lo suficientemente rápido. El oscilador se puede mejorarse con un comparador de alta velocidad, pero esta mejora se perderían más adelante abajo de la línea en el generador de funciones por lo que opté por usar sólo el op-amp.

Si quieres una velocidad extra, siempre podría intentar encontrar un amplificador operacional de alta velocidad. Fabricantes intentan asegurarse de que los pines están sobre el mismo para los dispositivos similares, por lo que debe ser sólo una cuestión de enchufar un chip diferente en el zócalo del IC. TL084s tienen un índice de Ciénaga de 13V/μs, y un chip con una mayor tasa de giro debe tener una salida de frecuencia máxima proporcionalmente mayor. Por ejemplo, el TLE2144CN tiene una idéntica pin-out, cuesta $4,90 y dice tener una velocidad de giro de 45V/μs, y por lo tanto debe ser capaz de obtener hasta 300 kHz * 45/13 = 1.04 MHz confiablemente. He considerado esta opción, y puedo actualizar en algún momento, pero recuerde que cuanto mayor sea la frecuencia, más probable será su señal distorsionada o destruidas por callejeros impedancias en el circuito. En otras palabras, no hay ninguna garantía de que gastar el dinero extra hará cualquier cosa para usted.