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Generador deFunciones

Generador de FuncionesAntes de entrar en materia he de dejar claro que esta vez no se trata de ningn pedal de efecto para guitarra ni nada parecido sino de uninstrumento de laboratorio utilizado para muchas aplicaciones, entre ellas la que aqu nos interesa que es depurar problemas en losmontajes. En el artculo Depuracin de errores en montajes de efectos ya explicbamos el uso de algo parecido, el "inyector de seales".Digamos que esto es algo parecido pero mucho ms elaborado y verstil.

Un simple inyector de seales.

En el citado artculo de Depuracin de errores ya se indica cmo usarlo. Es importante indicar que para la mayora de los casos con unsimple inyector de seales nos ser suficiente ya que nos puede ayudar a detectar en qu parte de nuestro circuito tenemos algn problemapero si queremos ir un poco ms all se nos puede quedar un poco corto.

Un Generador de Funciones o, para que se entienda mejor, un Generador de Ondas es un circuito oscilador que es capaz de entregarseales de ondas de varios tipos a frecuencia variable y a amplitud variable. Genera ondas de varios tipos, Senoidal, Triangular y Cuadradaen este caso, aunque otros tipos de Generadores de Funciones comerciales ms elaborados son capaces de producir otros tipos de

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ondas ms complejos como Diente de Sierra, Pulsos, Ruidos Rosa/Blanco, en Rampa, etc. Estas ondas deben ser variables en amplitud(volumen, para que nos entedamos) y en frecuencia. Para nuestro caso con que genere frecuencias audibles nos basta. Las frecuenciasaudibles van, en teora, desde los 20Hz a los 20KHz aunque no es probable que podamos llegar a oir esos extremos. Este montaje, comoya veris, puede llegar mucho ms arriba que eso lo cual nos puede ser til para otros tipos de aplicaciones.

Un Generador de funciones empieza a tener sentido si es que disponemos de un Osciloscopio. Si no es as nuestro "aparato de medida"ser nuestro oido por lo que, de nuevo, con el Inyector de Seales nos ser suficiente. Sin osciloscopio un Generador de Funciones estardesaprovechado en su mayora.

Antes de profundizar en nuestro Generador de Funciones vamos a ver qu es eso de un Osciloscopio.

OsciloscopioUn osciloscopio es un instrumento de medida bastante sofisticado que nos permite "ver" graficamente seales elctricas que varan en eltiempo. Esto quiere decir que este aparato nos permite ver qu forma tienen las seales que le introducimos y cmo se comportan segnlas modifiquemos. Esto tiene una utilidad bastante importante si lo que queremos es ajustar cmo se comportan nuestros montajes segnvariemos sus caractersticas. Por ejemplo, si tenemos un Fuzz en perspectiva sabemos que el fin de este circuito es modificar las ondasiniciales en otras ms "cuadradas"... o "triangulares" segn queramos. Una Distorsin har un "recorte" de las seales y modificando el tipode la etapa de distorsin la podremos hacer "simtrica" o "asimtrica" recortando, por ejemplo, la onda por arriba, por abajo o por ambosextremos. Si queremos un Booster "limpio" sabemos que lo que queremos es que nuestra seal de entrada se modifique tan slo enamplitud (volumen) pero nada ms.

Todo esto lo podemos "ver" en la pantalla de un osciloscopio pero para ello necesitamos poder tener una seal que inyectar comodamentea nuestro circuito y esa es la razn de nuestro proyecto. Podramos usar un simple inyector de seales pero con su poca versatilidad se nosquedara en seguida corto. Pero por ahora sigamos con el osciloscopio...

Como os podis imaginar estamos hablando de un equipo bastante sofisticado y caro... de hecho es MUY caro para una aplicacinmeramente de DIY pero, afortunadamente, los avances de la tecnologa, la 2 mano y la internet estn de nuestro lado. Los osciloscopiosexisten desde hace muchas dcadas y si bien los primeros equipos eran muy voluminosos, simples y carsimos, los avances en tecnologahan hecho que estos equipos sean porttiles, mucho ms sofisticados y... caros! pero como acabo de decir, estos avances en latecnologa estn de nuestra parte y debido a los progresos de la era digital muchos equipos, perfectamente vlidos para nuestrasnecesidades, han quedado obsoletos y disponibles en el mercado de segunda mano a precios muy baratos. Las tecnologas actualesexigen osciloscopios de altsimas velocidades para poder analizar seales de unos equipos que cada vez son ms rpidos. La tecnologadigital va a caballo de los GHz, as como las comunicaciones, etc. Sin embargo nuestros montajes "de audio" siguen confinados a losfamosos 20Hz-20KHz lo cual es muchsima menos frecuencia que todo eso. Muchos laboratorios, departamenteos tcnicos, compaas detelecomunicaciones, reparadores, etc. se estn deshaciendo de sus osciloscopios "lentos" a precios de saldo. Por otra parte, la tecnologadigital aplicada a los osciloscopios de hoy en dia hace que continuamente vayan saliendo nuevos modelos con ms funcionalidades quedejan obsoletos a los anteriores lo cual tambin hace que aumente el mercado de 2 mano.

Estos osciloscopios "lentos" y obsoletos suelen ser muchsimo ms rpidos y con muchas ms funciones de lo que realmente necesitamos.Por ejemplo mi osciloscopio, que es un modelo digital obsoleto, me cost 110 en un Cash Converters y es muchsimo ms potente de loque probablemente sea capaz de usar en mi vida. Lo que en su momento era tecnologa punta hoy en dia es casi chatarra pero, como ya hedicho, para nosotros sigue siendo muchsimo ms que suficiente. En mi caso se trata de un estupendo (aunque algo voluminoso y ruidoso)Tektronix TDS320, un osciloscopio digital de 100MHz, 500MS/s (Megasamples/sg), dos canales y un completo men de funciones ymediciones.


Mi Tektronix TDS320.

Este osciloscopio que hoy en dia es poco menos que una antigualla es capaz de leer seales de 100MHz (5000 veces ms de lo quenecesitamos), tomar 500 millones de muestras por segundo y al mismo tiempo mostrarnos en pantalla datos de frecuencmetro, voltmetroRMS, pico a pico y muchsimas cosas ms. Con esto quiero decir que con mucho menos ya me sera suficiente y no es difcil encontrarmaterial ms barato en eBay y sitios por el estilo. Ni siquiera nos hace falta que sea digital.. con uno analgico y por lo tanto ms barato,vamos bien servidos. Los hay incluso MUY baratos como podis ver en este topic del foro de guitarrista.com. Eso si, le debemos pedir quesea de al menos dos canales para que nos sea cmodo comparar dos seales, la de entrada y la de salida de nuestro circuito. Esto no esabsolutamente necesario pero nos facilitar mucho las cosas.

Incluso ms adelante veremos como ni siquiera tenemos que comprar un aparato de estos para poder disfrutar de un osciloscopio y una vezque tengamos ya nuestro osciloscopio (o su equivalente) necesitaremos de algn tipo de generador de seales con el que excitar nuestroscircuitos para ver cmo se comportan. Ese es el objeto de este artculo.

El circuitoAntes de todo he de hacer hincapi en una cosa muy importante: lo mismo que acabo de decir de los osciloscopios baratos de segundamano se puede aplicar a los generadores de funciones comerciales. Antes de iniciar este montaje pensad si os merece la pena ya que queno es un circuito especialmente barato y, si queris que quede bonito, una caja en condiciones puede ser bastante cara haciendo que seaposible que el total os salga ms caro que comprar uno en eBay etc... incluso hay por ah alguno nuevo Chino bastante majo y de precioreducido. De hecho yo mismo me decid por el DIY ya que tena una estupenda (y cara, unos 35) caja de un proyecto anterior que nuncallegu a empezar. Creo que si no llega a ser por esto me habra decidido por el Victor VC-2002 que se puede encontrar bastante barato(para lo que son estas cosas) en internet. Tened en cuenta que aqu no estamos hablando de "electrnica de consumo" sino de "equipos delaboratorio" por lo que se trata de material caro. Si an as os decids por hacerlo vosotros mismos podis seguir este montaje de kit quesale bastante bien de precio.

Tras ver varias opciones, me decid por el NUXIE-2 (comprado aqu) por ser suficientemente verstil y barato. Est basado en el chip XR-2206, un "generador de funciones en un chip" capaz de entregar diferentes tipos de onda desde una frecuencia de 0.01Hz hasta ms de1MHz, aunque aqu, para simplificar, se ha restringido a una gama desde unos 14Hz hasta unos 400Khz, ms que suficiente para nuestrasnecesidades.


Kit Nuxie-2

El circuito viene en kit completo para funcionar directamente a exepcin de la alimentacin. Una vez montados los componentes ysuministrados unos 15V aproximados para funcionar ya podremos ver que genera ondas senoidales y triangulares por un lado y al mismotiempo ondas cuadradas de la frecuencia deseada dentro del rango antes descrito. Para ello disponemos de dos salidas independientes,una exclusiva de Onda Cuadrada "a nivel TTL", esto es, a 5Vpp (pico a pico) y otra seleccionable Senoidal/Triangular con amplitud variable.Se dispone de un total de tres conmutadores:

Onda Senoidal/TriangularFrecuencia Atla/BajaOn/Off

El conmutador de onda est slo disponible para la parte generadora de onda senoidal/triangular y no afecta en absoluto a la partegeneradora de ondas cuadradas. El conmutador de Frecuencia Alta/Baja s que afecta a las dos salidas produciendo el mismo resultado enHz en ambas. El conmutador de encendido/apagado lo cortocircuit para ser comandado por el On/Off general anterior a la fuente dealimentacin que puse.

El montaje de este circuito es sencillsimo y en su propia web hay un tutorial grfico paso a paso que nos permitir acabarlo sin problemas.

Nuxie-2 montado

MontajeEl circuito, aunque no viene con fuente de alimentacin s que viene con su propia estabilizacin de corriente en base a dos circuitos


integrados, el LM7812 para suministrar 12V regulados al propio XR-2206 y a un amplificador operacional uA741 que se encarga de crearuna "masa virtual" para la parte de ondas senoidales/triangulares y un LM7805 para suministrar 5V regulados al inversor-Hex 74HC04N.Para poder alimentar estos dos integrados reguladores de tensin necesitamos suministrar al circuito unos 15-30VDC filtrados. Para ellonecesitamos un pequeo transformador de entre 15V y 35V (mejor no llegar a tanto, los estndares 16V 18V son perfectos) y unos250mA, un puente de diodos y un condensador de filtrado. Para ello podis usar el esquema del proyecto Alimentador de 9V de MBC:

No es necesario que el transformador sea bitensin como este...

De este esquema slo necesitis la parte que est a la izquierda del 7809. La salida rectificada y filtrada se obtiene del condensador C1de 1000uF (35V mnimo). Lo que hay a la derecha de eso en el esquema no es necesario ya que sus equivalentes ya estn en la placa delcircuito del Generador de Funciones. Esto lo podis montar en una pequea sub-placa preperforada y soldada directamente a losterminales del pequeo transformador. El interruptor de On/Off general deber estar antes del transformador tal y como se presenta en elesquema. Yo he usado un conmutador de bola DPDT para as poder interrumpir los dos terminales de 220V por seguridad. Eltransformador debemos unirlo al chasis con un par de tornillos y de uno de ellos sacar un cable a la toma de masa del circuito pero, OJO!, ala toma de masa real, por ejemplo, la toma de masa de la salida de onda cuadrada, nunca a la masa virtual de la salida de ondasenoidal/triangular.

Un pequeo transformador y una simple sub-placa rectificadora/filtradora nos bastar.


Un terminal nos vendr de perlas para unir aqu la masa del circuito al chasis.

Como rectificador podis usar el tpico puente de diodos (con uno de 1A es ms que suficiente) o bien usar 4 diodos 1N4007 con estaconfiguracin:

De la placa debemos "sacar" varios componentes para presentarlos en el frontal de la caja que hayamos elegido:

Switch Onda Senoidal/Triangular.Switch Frecuencia Atla/Baja. Idem.Salida(s) Onda Senoidal/Triangular.Salida(s) Onda CuadradaPotencimetros de controlLED

Switches: En el frontal se ha sustituido por el tpico switch DPDT miniatura "de bola". Digo DPDT porque ya dispona de unos cuantos parausar pero realmente slo se usa uno de los dos circuitos por lo que con unos SPDT sera suficiente. Es conveniente "trenzar" los cablesentre los switches y la placa.

Salidas: Aqu he preferido curarme en salud y triplicar las salidas en aras de la versatilidad. He incluido por cada una de las dos partes unBNC, un jack de 6.3mm tpico "de guitarra" y un conector doble de "banana", todos ellos unidos en paralelo. Como ya coment antes, sedispone de una "masa virtual" en la parte Senoidal-Triangular para garantizar el punto 0v. La parte Cuadrada no la lleva por lo que hay quetener mucho cuidado en no unir ambas masas por el chasis para lo que es imprescindible que todos los conectores de salida estnaislados de masa:


Ejemplo de conectores aislados de chasis: BNC, Jack y doble "banana".

Estos conectores son fciles de conseguir en cualquier buena tienda de componentes electrnicos.

La placa del Nuxie-2 viene preparada para poner unos conectores de salida atornillados que es mejor no usar. Como vamos a tener losjacks en el frontal del panel es mejor soldar directamente a la placa mediante un par de cables apantallados de RF (radiofrecuencia) del tipoRG-58 (50) directamente entre los "pads" de las salidas del circuito y los conectores BNC. De cada BNC podemos cablear en paralelo alos otros dos jacks de cada salida respectivamente.

Potencimetros: Dependiendo de la caja que usis podis dejar los potencimetros soldados a la placa y taladrar el frontal a medida deestos o simplemente desoldarlos y utilizar cableado (trenzado) de unin. Si os habis fijado en la primera foto de este artculo habrisreparado en que mi Generador de Funciones tiene cuatro potencimetros de control y no slo tres como el kit. La razn es que he aadidoun cuarto potencimetro para controlar la amplitud de la onda cuadrada, cosa que no vena prevista en este kit, para variar entre 0V y los5Vpp del nivel TTL entregado por el generador de onda cuadrada. Ms adelante os explico como hacerlo en el apartado de modificaciones.

Utilizando sus propios potencimetros podemos anclar la placa al frontal.

LED: Querremos que el LED est en el frontal de la caja como es lgico. No hay ms que tirar un par de cables desde la placa hasta dondequeramos ponerlo en el frontal pero OJO!, tened cuidado porque en la placa est mal la serigrafa de la polaridad del LED. Hay que ponerloal revs de lo que indica o no lucir.


Detalle del montaje.

CajaComo ya dije antes, la caja que us ya la tena de un anterior proyecto que nunca hice. Es una caja buensima y bastante cara pero podisajustar un poco el presupuesto en esto con alguna caja ms modesta.


El frontal est hecho a medida de esta caja, claro, por lo que vosotros deberis hacerlo a vuestro modo. No me he querido complicardemasiado la vida y lo he hecho en el ordenador imprimindolo en papel blanco fotogrfico y poniendo encima de l una lmina de acetatotransparente para protegerlo. El papel se peg al frontal mediante adhesivo transparente en spray y del mismo modo un el acetato al papelhaciendo un conjunto bastante aparente y sencillo de hacer. Este tipo de montaje no lo recomiendo para pedales, etc. ya que es algo frgilpero para un instrumento de este tipo va perfecto.

El espaciado entre los 3 potencimetros de la derecha est hecho a medida tal cual estn puestos en la placa de tal modo que los propiospotencimetros sirvan de anclaje de todo el circuito dentro de la caja. El cuarto potencimetro, el de la izquierda, est puesto de modoequidistante. El punto rojo sobre el conmutador de On/Off es el LED. Puse uno verde de 3mm de dimetro. Las cruces marcan el centro delos agujeros para servir de gua al taladrar.

ModificacionesEl integrado XR-2206 es mucho ms verstil de lo que se explota en este kit. Si os leis la datasheet del XR-2206 con detenimiento verisque es capaz de mucho ms y de hecho podis modificar el circuito para conseguir ms formas de onda (rampa y pulso) as como otraslindezas como Generacin de Barrido, FSK (Frequency-Shift Keying), PLL (Phase-Locked Loop), etc. Yo la verdad es que he pasado decomplicar el montaje con estas cosas, entre otras razones porque ya no me caban ms controles en el panel pero s que ha habido trescosas que he preferido aadir al circuito. Las dos primeras aparecen en la Figura 12 de la pgina 9 de la datasheet:

Ajuste de simetra de la onda. Es el potencimetro RB de 25K que aparece en la figura 12 entre las patillas 15 y 16 del XR-2206.

Ajuste fino de forma de la onda. Es el reostato RA de 500 que aparece en la figura 12 en serie con el conmutador S1


(Senoidal/Triangular) entre las patillas 13 y 14 del XR-2206.

Para ello he aadido dos pequeos trimmers de 25K y 500 respectivamente y montados "al aire" sobre la placa. En la pgina 11 de ladatasheet, bajo el epgrafe de "With external adjustment" podemos leer las intrucciones de ajuste para dejar las ondas lo ms limpiasposible. Hay que actuar en los dos trimmers para ajustarlo bien.

Aqu podis ver los dos pequeos trimmers que he usado.

El trimmer de 500 se pone en la placa en sustitucin de la resistencia R4 de 200 y conectado como reostato, esto es, con el terminal"CCW" (antihorario) y el central conectados entre s formando un solo contacto que junto al tercer terminal sustituyen a dicha resistencia.

El trimmer de 25K se conecta directamente a las patitas 15 y 16 del XR-2206 que estn libres de conexin en este kit. Para elloconectamos a esas dos patitas los terminales exteriores del trimmer y el central lo unimos a la masa real (no virtual) del circuito.

En la foto anterior se ve bien cmo colocar ambos. Para el de 25K ser necesario hacer un agujero en la placa en esa zona para poderpasar los cables a la parte trasera conde estn visibles las patitas del chip:

Los dos cables amarillos van a los terminales exteriores del trimmer de 25K

El cable verde va a la toma de masa del jack de alimentacin


y de ah al terminal central del trimmer.

Control de amplitud para la seccin de onda cuadrada. Tal y como viene en el kit la amplitud es fija a niveles TTL (5Vpp) pero esopuede ser demasiado para nuestros intereses as que puse un divisor de tensin a la salida de esta etapa. Hacer esto es muy sencillo puesslo tendremos que intercalar un potencimetro de 100K (mejor si es Log) entre el "vivo" de la salida de onda cuadrada TTL de la placa ylos BNC/jacks finales del panel de este modo:

De este modo tendremos un control de amplitud de la onda cuadrada de entre 0Vpp y los 5Vpp nominales y podremos usar esta salidapara excitar nuestros circuitos sin pasarnos de seal.

Ejemplos de usoPara hacernos una idea ms o menos buena de para qu sirve todo esto he preparado unas fotos de ejemplo. En ellas probamos variosmontajes de esta web con una seal senoidal de algo ms de 1.7KHz y unos 850mVpp, valores tpicos de pastillas de guitarra. Esta sealse inyecta en la entrada del efecto y se representa en el Canal 1 del osciloscopio en la parte superior de la pantalla. En la parte inferiorvemos el resultado tomado a la salida del pedal en cuestin:


MicroAmp.

A la izquierda vemos el aumento de amplitud sin modificar la onda. A la derecha vemos como, si subimos mucho el gain, la seal se recorta produciendo distorsin.


RangeMaster.

A la izquierda vemos el aumento de amplitud modificando la onda con recorte asimtrico. A la derecha vemos el gran aumento de amplitud manteniendo el tipo de recorte.


Fuzz Face.

A la izquierda vemos el recorte asimtrico tendiendo a onda cuadrada. A la derecha vemos el recorte simtrico siendo ya una onda perfectamente cuadrada.

Fijos como la seal de entrada tambin se ve recortada por debajo debido a la baja impedancia de entrada del FF.


Big Muff Pi.

A la izquierda vemos el recorte "en " tendiendo a onda cuadrada. A la derecha vemos las cosas tan raras que es capaz de crear el mgico control de tono del BMP.


GT-2.

Aqu si que salen cosas realmente raras cuando forzamos un poquito el pedal. Fijaos en el impresionante aumento de amplitud que es capaz de entregar este efecto.

Por supuesto que tambin podemos usarlo como un sofisticado inyector de seales como el que ya comentamos antes.

Otras opcionesComo es lgico, este kit no es la unica opcin "hgaselo usted mismo" que tenemos:

Revista Radioaficionados. Generador de Funciones de cinco bandas propuesto por esa revista.Elenco FG-500K. Generador de Funciones de kit.DDS Function Generator. Basado en un PIC. Llega hasta 10MHzK101 Function Generator. Llega hasta 20MHz.Varios generadores de funciones. de Electrnica Fcil.

Buscad en google que hay muchos ms.

Opciones SoftWareSi no queris complicaros la vida con montajes electrnicos y disponis de un ordenador porttil, tenis la opcin de hacer todo mediantesoftware, tanto el Generador de Funciones como el propio Osciloscopio. Sin duda es lo ms fcil pero tiene sus limitaciones.Fundamentalmente las limitaciones de los Generadores de Funciones por SW son de amplitud ya que las ondas son creadas por la tarjetade sonido y el volumen mximo que puedan entregar es el tope de volumen que puedan entregar estas tarjetas. Sin embargo, para nuestrosintereses son suficientes.


Pantalla del estupendo Test Tone Generator V4.

Estos Generadores de Funciones son muy verstiles y tienen una ventaja sobre los de HW y es que al utilizar la tarjeta Stereo del ordenadorpara generar tonos, pueden generar dos tonos independientes a la vez con diferentes frecuencias, fases, etc... uno por canal, lo que nosser til si tenemos un osciloscopio de dos canales con funcin "XY" de modo que podamos ver Curvas de Lissajous", ya que de otro modonos sera imposible pues es imprescindible el uso de dos senoidales a la vez con diferente frecuencia:

Figuras de Lissajous de la Wikipedia US.

Si tenis curiosidad en saber ms de estas Figuras de Lissajous, aqu tenis una "applet" 3D de JAVA que os mostrar cmo se dibujan enun osciloscopio.

Los osciloscopios de SW han alcanzado un grado de sofisticacin notable, sobre todo los comerciales. Si buscis en la web veris que haymuchos que son "freeware" o copias de evaluacin perfectamente funcionales pero con algunas opciones limitadas. Dentro de lososciloscopios de SW hay dos tipos fundamentalmente:

Los que requieren algo de Hardware para funcionar. Son los tpicos PICO (PicoScope) que llevan su propio convertidor analgico-digitalque se conecta mediante RS-232, USB, etc. al ordenador. Estos son bastante tiles segn sea el modelo y los grados de complejidad ysofisticacin a los que llegan son muy grandes. Como pega tiene que son algo caros y que inevitablemente dependen de un ordenador parafuncionar. Por el precio de uno de estos podremos comprar un autntico osciloscopio de segunda mano.

Los que son slo SW. Estos utilizan la tarjeta de audio como convertidor analgico-digital. Como ya hemos dicho los hay completamentegratis y los hay de pago y de ambos tipos los hay muy buenos pero su principal problema es precisamente su dependencia de la tarjeta deaudio, que exige tensiones muy pequeas de entrada (niveles de lnea de audio o "line level") lo que los limita bastante si no queremos freirnuestro ordenador (hay soluciones ms o menos eficaces para esto.. buscad en la web). Suelen ser de dos canales porque utilizan los doscanales de entrada (L/R). Otras limitaciones de estos son el estar restringidos al ancho de banda que puede manejar la tarjeta de sonidopor lo que slo sirven para aplicaciones de audio y baja frecuencia y que no pueden medir seales DC. Algunos ejemplos de estos


osciloscopios-SW son Winscope, OSZI, BIP, etc.

Pantalla del "BIP"

En cualquier caso los de este ltimo tipo junto a los Generadores de Funciones SW os pueden servir como iniciacin en este mundillo y asver si os merece la pena la inversin en equipo real.

Para saber ms: Generador de funciones en el foro de guitarrista.com

Piso-tones Ltd. Calambres | guitarrista.com


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