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Gerador de Funções com o XR2206 (INS304)

Um único integrado permite a realização de um sofisticado gerador de funções. Com 4 faixas de freqüências, cobrindo de 100Hz a 100kHz, este gerador tem saídas com três formas de onda - retangular, triangular e senoidal - com baixíssima distorção. Ajustes de intensidade, distorção, freqüência e simetria permitem a utilização do gerador numa infinidade de aplicações práticas. Se você não tem um bom gerador de funções e ainda não conhece as possibilidades do XR2206 não deve deixar de ler este artigo.

Obs. Este artigo é de 1989 e hoje, o componentes básico XR2206 não é mais comum no mercado, mas se o leitor o conseguir, pode ter um excelente instrumento para sua bancada.

 

Geradores de funções são elementos de grande utilidade na bancada de trabalhos eletrônicos.

Os sinais retangulares servem para análise de circuitos lógicos, distorções em amplificadores, injeção de sinais em rádios e equipamentos de RF e muitas outras aplicações.

Os sinais senoidais, com baixas distorções, servem para testes precisos de amplificadores de áudio, filtros, equalizadores etc.

Já os sinais triangulares (que poucos sabem usar) servem para testes de distorções em equipamentos de áudio e muitas outras aplicações importantes.

O gerador de funções que apresentamos neste artigo possui as três formas de sinais e quatro faixas de freqüências, com limites em 100, 1k, 10 k e 100k.

Isso dá uma cobertura de menos de 1 Hz até 100 kHz, o que leva o instrumento a uma infinidade de aplicações práticas.

O coração do circuito é o XR2206, um integrado dedicado da EXAR, que pode ser encontrado em lojas especializadas.

Este integrado consiste num gerador completo de funções que exige um mínimo de componentes externos para a realização de um instrumento de excelente qualidade.

Características:

Tensão de alimentação: 110/l220 V

Amplitude máxima dos sinais de saída: 3 V (triangular) 0,8 V (senoidal)

Faixas de freqüências: 4

Limites de freqüências: 1 a 100 000 Hz

Impedância de saída: 600 Ω

 

As características específicas do XR2206 podem ser analisadas a partir das explicações sobre seu princípio de funcionamento.

 

XR2206

Existem dois circuitos integrados bastante populares destinados à produção de sinais complexos: o 8038, da Intersil,que já exploramos em artigo, e o XR2206, da Exar, que agora estamos aplicando num projeto prático.

Na figura 1 temos o diagrama em blocos que corresponde à estrutura interna do XR2206.

 

Figura 1 – O XR2206
Figura 1 – O XR2206

 

O bloco L representa o comando lógico que contém comutadores de corrente.

O VCO consiste num oscilador comandado por tensão (Voltage ControlIed Oscillator), que é excitado a partir de uma lógica de comando.

O bloco C consiste num conformador de onda que tem por finalidade sintetizar as formas de onda senoidais.

A função do bloco A é amplificar sinais com um ganho variável.

Finalmente, temos um transistor Q1 que é comandado pelo VCO, permitindo a produção dos sinais retangulares.

O funcionamento de todos estes blocos em conjunto pode ser descrito da seguinte forma: o capacitor C, ligado ao VCO, é carregado em regime de corrente constante a partir de informações do bloco L e do VCO, até que a tensão entre suas armaduras chegue a um valor pré-determinado.

Neste momento, a lógica de controle entra em ação, revertendo o ciclo, quando, então, o capacitor começa a se descarregar, ainda sob regime de corrente constante.

Quando a tensão nos terminais do capacitor atingir um segundo valor pré-determinado, o ciclo inverte-se.

Desta forma, são produzidas as oscilações do circuito na freqüência desejada.

Esta carga e descarga em corrente constante já nos permite obter na saída do VCO um sinal triangular, que é amplificado e já pode ser aproveitado na saída.

Nos terminais 7 e 8 do integrado, podemos determinar os pontos em que temos o início da carga e da descarga do capacitor C e, com isso, a própria freqüência do oscilador.

Podemos controlar este bloco L ligando entre os pinos 7 ou 8 e a terra um resistor variável.

Esta é a forma utilizada no nosso circuito prático para controlar a freqüência em cada faixa.

As faixas, por outro lado, são determinadas pela ligação de 4 capacitores de valores diferentes entre os pinos 5 e 6 do VCO, selecionados através de uma chave.

O transistor Q1 ligado na saída do VCO, satura ou entra em corte, conforme o capacitor C esteja em processo de carga ou descarga, o que nos leva à obtençâo de um sinal perfeitamente retangular em seu coletor, quando devidamente polarizado.

No nosso circuito prático, esta polarização é obtida a partir de um resistor de 4k7 em série com um resistor de 1k e o sinal é retirado da sua junção de modo a termos uma amplitude menor.

Esta ligação ao +Vcc do coletor do transistor nos permite conseguir um sinal perfeitamente retangular com relação marca/espaço de 50%.

Existem dois circuitos externos para ajuste das formas de onda dos sinais gerados.

Um deles consiste num potenciômetro ligado entre os, pinos 15 e 16 e serve para ajuste da simetria dos sinais triangulares, enquanto que o outro, um potenciômetro (ou trimpot) ligado entre os pinos 13 e 14, serve para ajustar a distorção dos sinais senoidais.

Quando a chave S está aberta, o conformador de onda faz com que sejam produzidos sinais triangulares.

Quando S é fechada, temos a produção dos sinais senoidais.

Esta chave S, no nosso circuito, é conjugada à mesma que faz a seleção das saídas, entrando em ação quando desejarmos, na saída, sinais senoidais.

O integrado possui ainda algumas entradas que podem ser usadas de diversas formas, como a entrada AM e FSK. A entrada AM é ligada ao conformador de onda e permite que se realize uma modulação em amplitude do sinal gerado.

A amplitude do sinal será máxima quando a tensão aplicada a esta entrada for nula, e diminuirá linearmente em função da tensão aplicada.

Com a ligação de um trimpot nesta saída, podemos fazer um ajuste da amplitude máxima do sinal de saída para as formas triangular e senoidal.

Caso seja necessário, este pino poderá ser dotado de uma chave reversível (1 pólo x 2 posições) que tenha uma das posições acoplada ao ajuste fixo de amplitude e outra a uma entrada para modulação externa.

A entrada FSK está ligada a uma lógica de comando que permite escolher entre a entrada 7 e a 8 para controle do VCO, desde que se utilize uma tensão de 0 ou 2 V.

Com esta possibilidade, podemos construir um gerador de rampas assimétricas, bastando para isso, ligar esta entrada ao pino 11, e os pinos 7 e 8 à massa através de resistores de valores diferentes.

Um dos resistores determina o tempo de subida e o outro, o tempo de descida.

No nosso projeto não faremos uso desta possibilidade, deixando a entrada FSK desligada, o mesmo ocorrendo com o pino 8 do VCO.

As características operacionais do XR2206 e os valores dos componentes usados são os seguintes:

Tensão de alimentação entre 10 e 26V.

Corrente de alimentação entre 12 e 17mA.

Freqüências de operação entre 0,01Hz e 1MHz.

Estabilidade de temperatura de 10 a 50 ppm/°C.

Estabilidade em amplitude em 0,5dB: de 0,5Hz a 1MHz.

Impedância de salda do amplificador: 600 Ω.

Linearidade do sinal triangular: melhor que1%.

Distorção dos sinais senoidais: inferior a 0,4%.

Amplitude máxima dos sinais triangulares: 3 V.

Amplitude máxima dos sinais senoidais: 0,8 V.

Valor recomendado do potenciômetro de simetria: 47k.

Valor recomendado do ajuste de distorção: 470 Ω.

Valor de C: entre 1 nF e 100 µF.

Níveis de comando da entrada FSK: 0,8 a 2,4V.

Impedância de entrada AM: 50 a 100 k.

Com estes dados fica bastante simples promover modificações no projeto original.

 

Montagem

Na figura 2 temos o diagrama completo de nosso gerador de funções de 4 faixas e 3 formas de onda, incluindo uma fonte de alimentação estabilizada de 12V.

 

Figura 2 – Diagrama do gerador
Figura 2 – Diagrama do gerador

 

A placa de circuito impresso, que inclui os principais elementos da montagem, é mostrada na figura 3.

 

Figura 3 – Placa para a montagem
Figura 3 – Placa para a montagem

 

P1, P2, P3 e P4 são trimpots de ajuste para as funções indicadas no diagrama.

Já P5 é um potenciômetro linear, que poderá ser dotado de uma escala de freqüências com multiplicadores de acordo com as faixas selecionadas por S1, que consiste numa chave de 1 pólo x 4 posições onde são ligados os capacitores de freqüências das diversas faixas.

P6 é um potenciômetro linear de 1ook que serve de ajuste de amplitude do sinal de saída.

A chave S2, de 2 pólos x 3 posições, rotativa, serve para selecionar a forma de onda do sinal gerado.

Os resistores são todos de 1/8 ou ¼ W.

O LED indicador de funcionamento é opcional.

O integrado Cl-2 forma o setor de alimentação estabilizada.

Podemos usar em seu lugar o 7815, ou mesmo o 7818 para maior tensão de alimentação, com as devidas alterações na tensão de secundário do transformador.

O transformador tem enrolamento primário de acordo com a rede local e secundário de pelo menos 250 mA.

Os eletrolíticos são para 16 V ou mais, exceto C1 que deve ser para 25 ou 26 V.

Os diodos são os 1N4002 ou equivalentes e o fusível é de 150 mA ou próximo disso.

Para a saída de sinal sugerimos o emprego de um jaque, com a preparação de cabo blindado com garras, de modo a facilitar o trabalho de injeção dos sinais em equipamentos em prova.

Na figura 4 temos uma sugestão de painel para montagem do conjunto em caixa plástica.

 

Figura 4 – Sugestão de caixa
Figura 4 – Sugestão de caixa

 

Os capacitores de freqüência, de C3 a C6, devem ser de boa qualidade, para se obter melhor precisão nos sinais gerados.

Para o integrado XR2206 sugerimos a utilização de soquete DIL de 16 pinos.

Um pequeno radiador de calor será recomendado para o integrado regulador de tensão.

 

AJUSTES E USO

Para verificação das escalas será interessante utilizar a saída retangular ligada à entrada de um bom freqüencímetro.

Variações que possam ocorrer nos valores previstos devem-se, basicamente, às tolerâncias dos capacitores.

Se você possuir um bom capacímetro poderá selecionar em um lote os que tiverem valores mais próximos dos pedidos na lista de material e, assim, conseguir maior precisão para as freqüências.

O ajuste da amplitude pode ser feito com a saída retangular ou triangular ligada à entrada de um osciloscópio calibrado.

Neste caso, os valores máximos podem ser ajustados conforme a necessidade de trabalho de cada um.

O mesmo osciloscópio vai ser útil nos ajustes de simetria e distorção.

O ajuste de distorção opera com a saída senoidal, enquanto que o ajuste de simetria opera com a saída triangular.

O ajuste de offset determina o nível de sinal de repouso na saída do XR2206.

Após todos os ajustes é só pensar em utilizar o gerador, observando que sua saída é de alta impedância.

Na figura 5 damos um circuito adicional de um amplificador linear que atua satisfatoriamente na faixa de operação do gerador de funções e que serve de “buffer” para aplicações em que se necessite de maior potência.

 

  Figura 5 – Buffer para o gerador

Figura 5 – Buffer para o gerador

 

Com este recurso temos um aumento na amplitude dos sinais obtidos na saída, com ganho dado pelo potenciômetro de realimentação, e uma potência maior, garantida por uma baixa impedância (100 Ω) para o sinal de saída.

Pode ser usado um 741 nesta função alimentado a partir da mesma fonte.

Dentre os possíveis usos mencionados para o aparelho, citamos o ajuste e verificação de equipamentos de áudio, filtros, equalizadores, circuitos TTL e muitos outros.

De uma forma geral, podemos dizer que um gerador de funções consiste num gerador de áudio com capacidade ampliada para gerar sinais de diversas formas de onda.

 

LISTA DE MATERIAL

CI-1 - XR2206 - circuito integrado gerador de funções

CI-2 - 7812 ou 7815 - circuito integrado regulador de tensão

D1, D2 - 1N4002 ou equivalentes diodos de silício

LED - LED comum - opcional

T1 – 15 + 15 ou 18 + 18 V – 250 mA - transformador com primário de acordo com a rede local

F1 - 25omA - fusível

C1 – 1 000 µF x 25 V - capacitor eletrolítico

C2 - 10 µF x 16 V - capacitor eletrolítico

C3 - 1 µF (ou 2 de 470 nF em paralelo) - capacitor de poliéster

C4 – 100 nF - capacitor de poliéster 4 ou cerâmica

C5 – 10 nF - capacitor de poliéster 1 ou cerâmica Í

C6 – 1 nF - capacitor de poliéster ou cerâmica

C7 – 22 µF x 16 V - capacitor eletrolítico

P1 – 10 k - trimpot

P2 – 100 k - trimpot

P3 – 47 k - trimpot

P4 – 470 Ω - trimpot

P5 – 220 k - potenciômetro linear

P6 – 100 k - potenciômetro linear

R1, R5, R6 – 1 k – resistores

R2 - 33k - resistor

R3 - 27k - resistor

R4 - 4k7 - resistor

R7 – 560 Ω - resistor

R8 – 120 Ω - resistor

R9 – 10 k - resistor

S1 - chave rotativa de l pólo x 4 posições

S2 - chave rotativa de 2 pólos x 3 posições

S3 - interruptor simples

Diversos: suporte para LED, cabo de alimentação, suporte para fusível, placa de circuito impresso, caixa para montagem, jaque de saída, knobs para os potenciômetros e chaves, soquete para o integrado, radiador de calor; para CI-, parafusos, porcas, etc.

 

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