GENERADOR DIENTE DE SIERRA

En la edición anterior analizamos cómo son los circuitos clásicos que permiten generar una señal tipo rampa. Basándonos en dicho artículo, veremos ahora qué modificaciones realizar para poder obtener señales diente de sierra de precisión.

SEGUIDOR POR EMISOR

Un seguidor por emisor es necesario cuando se usa el amplificador con el generador de rampa a causa de la impedancia de salida muy alta del mismo, y por la necesidad de excitar al amplificador desde una impedancia baja para tener baja distorsión. La impedancia de salida del seguidor por emisor debe ser idealmente menor que 340ohm, la impedancia de entrada necesaria puede calcularse como sigue. El capacitor de tiempo en el generador de rampa debe cargarse desde una fuente de corriente constante para tener una linealidad perfecta. Cualquier resistencia en paralelo con la fuente de corriente en una fuente de voltaje con una resistencia interna finita. De modo que la curva de carga del capacitor es exponencialmente asintótica a este voltaje, y para tener menos del 1 % de distorsión es necesario tener una tensión de alimentación de 8 veces la amplitud de la rampa, o sea 400V para una rampa de 50V. La corriente de carga más pequeña usada en el circuito de la fig.1(edición anterior) es de 0.4mA. Entonces la resistencia en paralelo deberá ser mayor que 400V/0.4mA, o sea 1M. Esto indica que tenemos una relación de resistencias entre la entrada y la salida de 3000:1 la que no es fácilmente obtenible. La tarea se facilita en algo, ya que se puede tolerar una atenuación de entre 4 a 5 veces, ya que el amplificador necesita solamente 7Vpp para una salida de 100V.

El circuito de la fig.1 es un compromiso, con una resistencia de entrada teórica de 500k. El resistor R219 desplaza la salida por alrededor de 4V para satisfacer los requisitos de entrada del amplificador y C206 provee compensación en alta frecuencia. La característica de entrada del seguidor por emisor se observa en la fig. 2, se ve en ella que la pendiente de entrada está cerca de las cifras teóricas.

 
CANCELACION DEL SALTO
El salto, al comienzo de la rampa, puede eliminarse conectando la base de Tr203 al emisor de Tr101 a través de un atenuador de relación igual al del circuito de seguidor por emisor. En otras palabras, la entrada efectiva del amplificador es una fracción del voltaje que aparece sobre el capacitor de tiempo y este voltaje no tiene salto.

La modificación para conseguir esto se ve en la fig.3. El capacitor de desacoplo de base C203 se elimina, y puede ser necesario, (aunque no lo fue en el circuito experimental), agregar un compensador de alta frecuencia, C de unos pocos pF. El valor de R220 puede necesitar algún ajuste para una cancelación óptima. La tensión en el punto A deberá estar dentro de ± 0.1 V del cero para prevenir que una tensión de polarización aparezca en el emisor de Tr101. Esto podría interferir con la estabilidad del trigger, en ese caso R210 o R211 podrían necesitar un ligero ajuste.

 
PERFORMANCE TOTAL DEL GENERADOR DE RAMPA Y EL AMPLIFICADOR
La perfomance se puede apreciar en las formas de onda de la fig. 4. Las ondas 5a y 6a muestran los voltajes de colector de Tr201 y Tr203 para una rampa de 2ms con el control de “SHIFT” (desplazamiento) centrado. En las curvas observamos una amplitud de 50V en cada colector. Las formas de onda 5b, 6b y 5c, 6c indican la salida en los extremos del rango de desplazamiento; se consiguen más 100V de desplazamiento (pp).

Las formas de onda 5d y 6d nos entregan la rampa con S201 en la posición x2. Es posible obtener hasta 5 diámetros de aumento, pero por dos razones no se ha previsto su incorporación. Primero, el ancho de banda del amplificador caería a 2MHz lo que probablemente sería inadecuado para los barridos más rápidos, y segundo la ganancia sería mucho más dependiente de los transistores, a causa de la variación de re. Además la linealidad no sería tan buena a causa de la falta de linealidad natural de re.

La cancelación del salto se demuestra en las formas de onda 5e y 6e que muestran el inicio de una rampa de 1ms a 0.5V/cm y 10 µs/cm y en 5f y 6f que muestra el comienzo de la rampa de 2 a 0.5/cm y 40 ns/cm. Las pruebas de linealidad fueron hechas usando el amplificador horizontal del 545 y el blanqueo de la traza se logró mediante el pulso de generador de rampa. Estas pruebas resultaron muy satisfactorias y la alinealidad fue insignificante. El amplificador del osciloscopio tenía un ancho de banda insuficiente para probar el barrido de 2µs del mismo modo, por lo que se uso un simple circuito diferencial para medir la linealidad de 2µs y de 1µs ( con la expansión x2); la constancia de la pendiente puede estimarse de la parte superior lisa de la última forma de onda de la figura 5.

 
CIRCUITO DE DISPARO
El circuito de disparo, fig. 4. es un circuito Schmitt precedido por una etapa amplificadora-separadora que sirve para aislar la entrada del circuito de disparo y también para proveer una impedancia de entrada constante de entre 50k a 100k con 15pF.

El control de nivel opera sobre un rango de ±5V referido a la entrada, pero se toleran entradas de mucho mayor valor sin que ocurra daño alguno. El valor mínimo de voltaje necesario a bajas frecuencias (< 1MHz) es de 200mVpp.

La salida del circuito de disparo a 200kHz se ve en la forma de onda 7, en la Fig.5 y es de 3.5V de amplitud.

 
PERFORMANCE COMPLETA DE LA BASE DE TIEMPO
Duración del barrido: 2µs a 500 ms en una secuencia 1:2:5, con una interpolación continuamente variable de hasta 2.5 veces del valor indicado.

Tensión de salida: 100 Vpp de un amplificador simétrico. “X2” facilidad de expansión, extendiendo el rango de barrido hasta 1µs.

Desplazamiento: > ± 5V

Carga disponible sobre la salida: <15 pF, <50k

Requerimientos de disparo: > 200mVpp, frecuencia máxima 10MHz.

Nivel de control de disparo: ± 5V hasta 3MHz.

Modos de disparo: c.a. o c.c. flancos positivos o negativos.

Consumo: Aprox. 50mA a + 60V, + 40V en – 10V.

 
APENDICE
Todo lo antedicho se refiere al desarrollo original de los Laboratorios Mullard ingleses. Tiempo después, en una revista de la misma nacionalidad, aparecieron los circuitos que siguen; los que si bien son semejantes, son de implementación más fácil, al usar transistores comunes y tensiones también comunes. Debo agregar que los circuitos 1 y 2 funcionan bien, pero deben considerarse una base para la experimentación ya que los requisitos para los distintos osciloscopios, serán también distintos.

Los transistores Q2 y Q3 en la figura 1 son de germanio, el autor dice que son los más apropiados para este caso, y como tenía algunos 2N404, los usé y pude comprobar que andan perfectamente.

La salida compuerta, para el abrillantado del haz, no las he experimentado aún, pero acá tenemos que tener en cuenta que la amplitud y polaridad del pulso, seguramente serán muy distintos para otros instrumentos. Aquí tenemos otra ocasión para experimentar.

 
Autor: Arnoldo Galetto
FIGURA 1
 
FIGURA 2
 
FIGURA 3
 
FIGURA 4
 
FIGURA 5
 
APENDICE - FIGURA 1
 
APENDICE - FIGURA 2
 
PROMOCIONES
 
 
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