Gerador de Funções (INS314)

Escrito por Newton C Braga

Apresentamos um interessante gerador de funções que utiliza apenas dois circuitos integrados e produz sinais com formas de onda retangular, triangular e senoidal de boa qualidade, servindo para inúmeras aplicações práticas, tanto no laboratório de projetos como na oficina de reparação. O circuito possui um amplificador operacional na saída que fornece um sinal amplificado de boa intensidade.

Este gerador de funções tem por base um oscilador CMOS que aproveita as 4 portas NAND de um 4011 como inversores, gerando sinais na faixa que vai de 0-1 kHz a 0-100 kHz com boa intensidade.

A chave S2 permite fazer a seleção dos capacitores para as escalas de frequência e temos ainda controles que fazem C ajuste de simetria e Iinearidade das formas de onda geradas.

É claro que, para produzir a forma de onda desejada, atuando sobre os controles, é preciso a monitoria de um osciloscópio.

Além destes controles, temos ainda um ajuste de intensidade de sinal de saída cuja amplitude pico-a-pico chega aos 11 volts tipicamente.

A alimentação é feita com uma tensão de 12 volts que pode ser obtida tanto de uma fonte estabilizada como de pilhas comuns, já que o consumo de corrente da unidade é relativamente baixo.

Todos os componentes usados nos projetos são comuns e de baixo custo, o que torna a montagem bastante didática, indicada principalmente aos laboratórios de escolas.

Dentre as aplicações para este gerador, destacamos as seguintes:

- Verificação de distorção em amplificadores, pré-amplificadores e circuitos de áudio em geral;

- Provas de circuitos digitais TTL e CMOS

- Ajustes de receptores como injetor de sinais;

- Prova de transdutores;

- Análise de filtros seletivos.

 

O CIRCUITO

O oscilador básico, formado por duas das quatro portas existentes num 4011 (CI-1a e Cl-1b), gera um sinal de forma retangular e frequência que depende tanto da posição de P2 com dos valores dos capacitores selecionados pela chave S2.

Para o menor capacitor teremos uma frequência limite da ordem de 100 kHz e para o maior 1 kHz. Não devemos aumentar mais a frequência limite de 100 kHz, pois o integrado, embora oscile até alguns megahertz, nãoterá uma amplificação linear pelo 741 além de 100 kHz, em vista de seu ganho reduzido nestas condições.

O potenciômetro P1 permite ajusta o ponto de disparo da porta como oscilador, atuando assim sobre a simetria do sinal gerado, principalmente na forma de onda senoidal.

A porta Cl-1c funciona como integrador, permitindo modificar a forma de onda do sinal conforme ajuste de P1 e P2 simultaneamente. Obtemos na saída desta porta uma forma de onda triangular.

Finalmente, a porta Cl-1d é usada para modificar a forma de onda triangular, tornando-a, em função do ajuste de P3, próximo de uma senóide.

Os sinais obtidos pela chave S3 são aplicados ao amplificador operacional 741, que funciona com ganho determinado pelos resistores de 22 k e 10 k.

Um aperfeiçoamento para o circuito seria dotar o amplificador com um ganho variável, o que pode ser conseguido com a utilização de um potenciômetro adicional de 100 k em série com um resistor de 10 k em lugar do resistor de 22 k.

A saída possui um resistor de 470 Ω que serve de proteção contra curtos, se bem que o integrado tenha uma proteção adicional interna.

O diagrama completo do gerador é mostrado na figura 1.

 

Figura 1 – Diagrama do gerador de funções
Figura 1 – Diagrama do gerador de funções

 

 

MONTAGEM

Na figura 2 temos o desenho da placa de circuito impresso.

 

Figura 2 – Placa para a montagem
Figura 2 – Placa para a montagem

 

Recomendamos a utilização de soquetes para os circuitos integrados, já que na soldagem direta existe o perigo de danos por excesso de calor.

Os capacitores C1, C2, C3 e C8 devem ser cerâmicos ou de poliéster de boa qualidade e os eletrolíticos devem ter uma tensão de trabalho de pelo menos 16 volts.

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

S1 é um interruptor simples, enquanto que S2 e S3 são chaves de 1 polo x 3 posições do tipo rotativo.

Para a alimentação temos a possibilidade de uso de pilhas (8 pilhas) ou então fonte, que deve ter boa filtragem e regulagem, com corrente de pelo menos 50 mA.

 

PROVA E USO

Ligue a saída do gerador à entrada do osciloscópio, que deve estar ajustado para um ganho da ordem de 2 volts por divisão.

Ligue S1 e selecione S2 inicialmente para o valor intermediário de frequência e 83 para forma de onda retangular.

Atue sobre os demais controles para verificar sua ação. Repita a prova com outras formas de onda.

Comprovado o funcionamento, é só usar a unidade.

 

LISTA DE MATERIAL

CI-1 - CD4011 - circuito integrado CMOS

CI-2 - p..A741 - amplificador operacional

P1 – 100 k - potenciômetro linear

P2, P3 - 1M - potenciômetros lineares

P4 – 10 k - potenciômetro linear

S1 - interruptor simples

S2, S3 - chaves de 1 polo x 3 posições

R1 – 330 k - resistor (1aranja, laranja, amarelo)

R2, R6, R7 – 470 k - resistores (amarelo, violeta, amarelo)

R3 – 220 k - resistor (vermelho, vermelho, amarelo)

R4, R9 – 10 k - resistores (marrom, preto, laranja)

R5 – 1 M - resistor (marrom, preto, verde)

R8 – 22 k - resistor (Vermelho, vermelho, laranja)

R10 - 470 Ω - resistor (amarelo, violeta, marrom)

C1 - 4n7 - capacitor cerâmico ou de poliéster

C2 – 470 pF - capacitor cerâmico ou de poliéster

C3 – 47 pF - capacitor cerâmico

C4 - 2,2 µF - capacitor eletrolítico

C5 – 100 µF - capacitor eletrolítico

C6 – 10 µF - capacitor eletrolítico

C7 - 220 µF - capacitor eletrolítico

J 1 - jaque tipo P2

Diversos: placa dc circuito impresso, caixa para montagem, material para fonte de alimentação, suporte de pilhas, fios, solda, fio blindado, knobs para os potenciômetros etc.