Gerador Retangular com Marca Espaço Variável (INS284)

Descrevemos um em gerador de sinais retangulares com relação marca-espaço ajustável numa faixa de 1.0 a 100% capaz de gerar frequências de to Hz a 100 kHz, com apenas um integrado. sua saída compatível com CMOS pode ser casada tanto na prova de equipamentos digitais, bem como, no ajuste de equipamentos de rádio e de áudio.

Um gerador de sinais retangular com as características deste é de grande utilidade em qualquer bancada de eletrônica. Produzindo sinais retangulares este aparelho possui ajustes independentes para o intervalos entre os pulsos e sua duração.

A combinação dos dois ajustes determina a freqüência final do sinal gerado.

Em conjunto com um osciloscópio pode ser feita uma calibração precisa que permite sua utilização no trabalho com circuitos lógicos digitais ou mesmo circuitos lineares.

Apenas um integrado é usado e a faixa de freqüências básica vai de “10 Hz a 100 kHz.

Com mais dois capacitores podemos estender esta faixa para menos de 1 Hz até mais de 1 MHz.

A alimentação do circuito pode ser feita com apenas 4 pilhas pequenas ou então uma bateria de 9 V. O consumo da unidade é extremamente baixo o que garante uma excelente durabilidade para qualquer das duas fontes de energia usadas.

Características:

Tensão de alimentação: 6 ou 9 V

Corrente consumida: 1 mA (tip)

Tensão de pico de saida: 6 ou 9V (conforme alimentação)

Faixa de freqüências: 10 Hz a 100 kHz

Ajuste marca/espaço: 10 a 90%

COMO FUNCIONA

A base do circuito é um integrado 4093 que consiste em 4 portas disparadoras do tipo NAND.

Urna destas portas é ligada como um oscilador que opera em freqüência que depende tanto do capacitor como do circuito de realimentação.

Quando ligamos a alimentação do circuito, a saída do integrado vai ao nível alto, de modo que o capacitor colocado no circuito (C) começa a se carregar via R1 e D1, conforme mostra a figura 1.

Figura 1 – O oscilador básico

Quando a tensão nas armaduras do capacitor atinge o ponto de disparo ou comutação da porta (Volt a saída do integrado vai ao nível baixo e o capacitor começa a se descarregar através de R2 e D2.

A descarga vai até o ponto em que a tensão nas armaduras atinge o valor Ve. Neste instante, ocorre nova comutação com a saída do integrado indo ao nível alto e um novo ciclo se inicia.

A Histerese do integrado, dada pela diferença entre Vn e Vp é que determina a faixa de tensões encontradas no capacitor.

Na figura 2 temos um gráfico em mostramos que o caminho seguido na comutação do nível alto para o baixo é diferente caminho inverso definindo assim dois pontos de disparo.

Figura 2 – A histerese do circuito

Veia então que se os valores dos resistores usados no circuito de carga e descarga do capacitor forem diferentes teremos uma relação marca-espaço diferente.

No nosso circuito prático usamos potenciômetros nestes dois circuitos de modo a permitir um ajuste independente.

O sinal retangular gerado por esta etapa osciladora é aplicado à entrada das outras três portas do mesmo integrado que são ligadas como bufters inversores.

Obtemos desta forma um sinal mais forte na saída e completamente isolado do oscilador.

Isso significa que a conexão de cargas de características diferentes na saída não afeta a freqüência do sinal produzido.

A impedância da saída é da ordem de 2 k mas a intensidade do sinal que chega à mesma tensão usada na alimentação permite sua utilização numa faixa muito grande de aplicações.

Um ajuste da intensidade feito por um potenciômetro facilita a utilização do pequeno aparelho.

Caso o leitor queira pode usar um LED para indicar que a alimentação encontra-se ligada.

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo do gerador.

Figura 3 – Diagrama do gerador

A disposição dos componentes não é critica podendo ser usada uma placa de circuito impresso universal, como mostra a figura 4.

Figura 4 – Placa universal ou matriz para a montagem

Sugerimos a utilização de um soquete para o integrado. Observe que os potenciômetros e a fonte de alimentação ficam fora da placa, assim como a chave comutadora de faixa de freqüências (S1).

Usamos uma chave de 1 pólo x 3 posições, mas também pode ser usada uma chave de 1 pólo x 5 posições com o acréscimo de um capacitor de 100 pF para estender o alcance a 1MHz e de um capacitor de 1 µF para serem obtidas freqüências inferiores a 1 Hz.

Os potenciômetros são todos lineares e os resistores de 1/8 ou ¼ W com 10% de tolerância.

Os capacitores podem ser cerâmicos ou de poliéster, com exceção de C4 que é um eletrolítico para 12 V ou mais. Para a saída tanto pode ser usado um jaque P2 como dois bornes comuns.

No caso dos jaques, um cabo com uma garra e uma ponta de prova complementará o equipamento.

Para as pilhas use suporte e se usar bateria um conector. Os diodos são de uso geral de silício.

O interruptor S2 pode ser independente ou então incorporado ao próprio controle de intensidade de sinal que é P3.

O conjunto pode ser facilmente instalado numa caixa plástica do tipo mostrado na figura 5.

Figura 5 – Sugestão de caixa

PROVA E USO

Para provar basta ajustar o circuito para operar numa faixa audível e injetar o sinal num amplificador de áudio.

Uma prova mais completa é feita injetando-se o sinal na entrada de um osciloscópio.

Atuando-se sobre P1 e P2 temos a modificação da largura de pulso e do seu intervalo, conforme sugere a figura 6.

Figura 6 – Alterando a largura dos pulsos

O potenciômetro P3 controla a intensidade do sinal.

Uma vez comprovado o funcionamento é só usar o aparelho, respeitando-se suas características.

O resistor R3 protege a saída do integrado evitando que haja sobrecarga mesmo quando a conectamos em cargas de impedância muito baixa ou acidentalmente as colocamos em curtos