OSCILLOSCOPE & FUNCTION GENERATOR (in Spanish)

Este proyecto ofrece la posibilidad de construir un osciloscopio de dos canales para PC y un generador de señales para poder usar en proyectos electrónicos, prácticas de estudio, localización de averías...pero desde casa y a un coste razonable.

El circuito seleccionado está formado por un circuito analógico, una tarjeta de sonido externa, un ordenador y una aplicación de software. Admite hasta 50 V ya que dispone de divisores de tensión y trabaja en frecuencias de 20 Hz a 20 KHz.
El generador de funciones se puede usar en aplicaciones de audio como pedales de efecto, módulos de sintetizador, prueba de altavoces, calibrador de equipos de medida. Lo construimos a partir de dos circuitos, en el primero con el integrado ICL8038 conseguimos las señales senoidal, cuadrada y triangular alcanzando los 10 KHz sin excesiva distorsión, y amplitudes de hasta 12,5 V, aunque vamos a recortar la salida entre 1v y 2V para que entre correctamente por la tarjeta de sonido. La señal de diente de sierra se obtiene mediante un segundo circuito con resultados más favorables tanto por la ausencia de ruido como por la frecuencia a la que trabaja sin distorsión.

Como dato de partida sabemos que el osciloscopio es un instrumento de medida que traslada la señal captada con las sondas a unos ejes cartesianos definidos en el dominio del tiempo (X=frecuencia(Hz), Y=Amplitud (V). Para adaptarlo al uso doméstico este proyecto se compone de tres elementos, el circuito analógico donde accede la señal y se procesa, la tarjeta de sonido externa para la conversión A/D y el PC donde, a través del software, conseguimos visualizar la señal a medir.

El generador es un aparato electrónico capaz de transformar la tensión de alimentación en diferentes formas de ondas, que en el caso de este proyecto serán cuadrada, diente de sierra, triangular y senoidal.
Del circuito construido alrededor del ICL8038, al alimentarlo con 12V de corriente continua conseguimos tres de los cuatro tipos; toda la acción se lleva a cabo por variaciones de tensión sobre los pines de entrada y salida del chip para generar la señal a nuestro deseo dentro de los límites del integrado .

El diente de sierra se genera a través de una red de transistores y un condensador que forman un oscilador de relajación con disparador Schmitt, donde el condensador se carga lentamente y se descarga con mucha rapidez gracias al transistor unijuntura, generando oscilación a una frecuencia dada por la fórmula f=1/(0.8RC) Hz, dónde R en nuestro circuito tiene valor 1 y C puede variar de 1nF a 10nF, lo que nos permite alcanzar el rango deseado de frecuencia en la señal.

Para la simulación virtual y el diseño de PCB se ha empleado el programa Proteus 8.8 , no se incluyen adjuntos los archivos ya que no son compatibles pero en el PDF se ven imágenes de los diseños de placa. .

Éste es el esquema del montaje y la lista de componentes (BOM) está en el pdf (pág 10).

El osciloscopio dispone de dos canales de entrada, alternativos, no se pueden visualizar en el pc al mismo tiempo debido a la conexión mono de la tarjeta.

La señal medida atraviesa un condensador no polarizado que elimina la componente continua que pudiera colarse por la sonda y pasa a través de un divisor de tensión, ajustable en función del voltaje del circuito (x1,x10,x100,x1000). De esta manera podemos visualizar señales de hasta 50V sin superar la tolerancia de la conexión de entrada al PC. Mediante un amplificador operacional TL082, configurado en ganancia 1, adaptamos la impedancia de la señal hasta 90 Kohm para contrarrestar la baja impedancia de entrada de la tarjeta de sonido (600 ohm). El siguiente paso son dos condensadores electrolíticos opuestos que filtran la componente contínua que pueda añadir el op amp y dos diodos recortadores de consumo 2,2V para limitar la señal de entrada a la tarjeta de sonido (<5V) que será el periférico que conectaremos por USB al ordenador a través de la conector hembra jack 3,5mm mono de micrófono, de ahí que la frecuencia a detectar estará entre 20 HZ y 20KHz. Una vez instalado el software adecuado (y gratuito) dispondremos de una interface de usuario para visualizar las señales.

No es válido para medir corriente continua, ni se recomienda emplear en equipos alimentados directamente con corriente alterna.

Instalamos la tarjeta de sonido en el ordenador; ésta dispone de conector USB 2.0 y dos conectores jack 3.5mm, uno de salida a altavoces y otro de entrada de micrófono que será la que utilicemos para la señal a medir. El dispositivo; es plug & play, no necesita drivers. El software que instalamos en el ordenador, Soundcard Scope, es gratuito. Trabaja a la misma frecuencia y resolución que la tarjeta, 44.1 KHz y 16 Bits y admite dos canales aunque la mayoría de las tarjetas son mono. También dispone de generador de funciones

Éste es el esquema del montaje y la lista de componentes (BOM) está en el pdf (págs 16 y 17).

El generador es un aparato electrónico capaz de transformar la tensión de alimentación en diferentes formas de ondas, que en el caso de este proyecto serán cuadrada, diente de sierra, triangular y senoidal.

Como ya vimos en el diagrama de bloques toda la acción tiene lugar en el interior del integrado ICL8038; con la adecuada selección de resistencias y condensadores se consiguen rangos de frecuencia de 1Hz a 300 KHz, pero lo habitual es trabajar en rangos de hasta 100KHz. El integrado se alimenta a través de los pines 6 (VDC) y 11 (GND).
En RV1 ajustamos la simetría de la señal, en el caso de la señal cuadrada se regula el ciclo de trabajo; con SW1 elegimos la frecuencia al seleccionar la capacidad del condensador y con RV2 se afina la f de oscilación aplicando tensión en el pin 8. Con el potenciómetro RV3 controlamos la distorsión de la señal y con RV4 la amplitud de la señal. En los pines 9 y 3 obtenemos las señales de biestable, cuadrada y triangular . La señal senoidal en el pin 2 es el resultado de aplicar la señal triangular a un convertidor.

Para el diente de sierra se construye un circuito que inyectando corriente en la base del transistor 2N3906, la corriente que atraviesa colector-emisor carga el condensador a la velocidad que el potenciómetro RV1 le permita, es decir definimos el tiempo de rampa; C1 pasa a descargarse rápidamente gracias al transistor UJT de disparo, lográndose la caída vertical de la señal; el último transistor actúa como búfer y con RV2 controlamos la amplitud de la señal.

Inicialmente se iba a montar en placas independientes, pero finalmente se confirma la posibilidad, mediante pruebas en protoboard, de alimentar todo con la misma fuente (12V DC) así que los tres circuitos irán montados en la misma PCB.

Comenzamos con la parte del osciloscopio, en proteus se ha diseñado con placa impresa por las dos caras. Como vamos a usar una preperforada con una sola cara impresa se realizarán las variaciones que resulten necesarias para el montaje.

A continuación el generador de tres señales y el circuito de diente de sierra.

Por último se sueldan los componentes de chasis y los cables de sonda y conectores jack y bnc. Comprobamos continuidad en todos los puntos del circuito.

Trabajamos ahora la parte exterior; se toman medidas para encuadrar todos los controles, conmutadores, leds y conectores tanto de la parte delantera como trasera del contenedor y se hacen todos los agujeros con el taladro.

Una vez realizadas todas la pruebas de funcionamiento necesarias con el circuito podemos colocarlo dentro de la caja.

Podemos observar cómo actúa el circuito recortador de diodos al medir con nuestro osciloscopio

A pesar de que la idea sea poder realizar el proyecto en casa hay que tener en cuenta las medidas de seguridad en cuanto a riesgos eléctricos. La atención en la construcción del circuito y en el uso de herramientas nos permiten, sino evitar, anticiparnos a posibles accidentes. La calidad de los elementos electrónicos también evita fallos en el producto terminado, por ello es más conveniente adquirirlos a profesionales del sector.

Tal y como definimos al principio de este proyecto, la idea es emplear el dispositivo para aplicaciones de audio, en este caso visualizar en el osciloscopio los efectos de diferentes pedales sobre la señal introducida a través del generador construido. Elegimos la señal de diente de sierra en este caso con valor de 1 Vpp y frecuencia de 1KHz y un pulso de 770 hz y 1 Vpp.

La primera prueba se lleva a cabo con el pedal DR600 de Behringer que nos permite crear efectos de reverberación por conversión digital de la señal analógica introducida. Podemos ajustar tono, tiempo de decaimiento y nivel de la señal. Los resultados obtenidos para ambas señales se observan a través de dos efectos: room y spring.

Podemos concluir que nuestro dispositivo nos resultará muy útil para analizar y visualizar aparatos electrónicos, no así para medidas de precisión, pero nos resolverá muchas dudas en cuanto al tratamiento de la señal y el comportamiento de los instrumentos al procesar las diferentes ondas que podemos introducirles.