Los Osciladores Controlados por Tensión (VCO) se utilizan en una gran gama de aplicaciones prácticas, partiendo de los instrumentos musicales e ir hasta las placas de adquisición de datos, conversión analógica / digital de informaciones obtenidas de sensores. El VCO que describimos se puede utilizar en muchas aplicaciones, teniendo en cuenta que su frecuencia de funcionamiento máxima es de 100 kHz y que la sensibilidad de entrada depende sólo de los transistores usados.
VCOs o Voltage Controlled Osciladores son osciladores cuya frecuencia depende de la tensión de entrada. La variación de la tensión de entrada la frecuencia cambia dentro de una pista determinada por ciertos componentes del circuito. Podemos utilizar un VCO para sintetizar las notas de un instrumento musical, bastando para ello usar tensiones apropiadas para controlar su circuito.
Esta aplicación es especialmente interesante cuando se proyecta un generador de ritmos y cada nota puede ser programada por el ajuste de un potenciómetro o por la conversión de un valor digital en una tensión.
Otra aplicación es en el envío de datos captados por un sensor resistivo a distancia, como muestra la figura 1.
La magnitud que varía linealmente en la salida del sensor, como por ejemplo una tensión o corriente sería alterada al ser enviada por un conductor, pues la resistencia de ese conductor introduciría un error.
Sin embargo, convirtiendo esta magnitud en frecuencia, ya no será alterada por la resistencia del hilo u otras características que puedan ser perjudiciales a su transmisión como capacitancias e inductancia parásitos. Así, basta con leer la frecuencia en la salida para poder llegar al valor de la magnitud medida sin cambios en el envío.
El circuito funciona con tensiones de 9 a 15 volts y todos los componentes usados son comunes.
COMO FUNCIONA
La frecuencia de un aspersor 555 depende tanto del condensador conectado a los pines 2 y 6 como de la resistencia entre el pino 7 y la alimentación positiva. Sin embargo, el 555 tiene una característica que no siempre es interesante en los circuitos como lo que proponemos en este artículo que es la de producir una señal cuyo ciclo activo no es el 50%.
Así, si con una señal de control influir o en la carga del condensador o en la resistencia en serie, estaremos alterando el ciclo activo y consecuentemente la frecuencia. Para obtener un cambio tanto del tiempo de carga y de descarga del condensador, para cambiar la frecuencia con poco cambio en el ciclo activo, este circuito utiliza un puente de transistores conectados de modo diferencial.
Así, mientras uno de los transistores controla el tiempo de carga del condensador, siendo conectado en serie con este componente como un resistor variable el otro controla la descarga del condensador. Los transistores operan en conjunto a partir de la señal aplicada a su base.
De esta forma, en el circuito propuesto, el condensador conectado entre los pinos 2 y 6 del circuito integrado determina la frecuencia central del circuito, es decir, la frecuencia en que operará sin la señal de entrada.
La señal va a tener su frecuencia variada cuando una tensión que varía entre 0 y aproximadamente 1,0 volts se aplica en la entrada del circuito, pero este valor puede ser cambiado, bastando que los resistores del circuito tengan sus valores modificados. La señal producida es rectangular con una amplitud que corresponde a aproximadamente la tensión utilizada en la alimentación.
El capacitor puede tener valores en el rango d 1 nF a 100 nF.
MONTAJE
El circuito completo del VCO se muestra en la figura 2.
Como este tipo de circuito normalmente se utiliza como parte de un proyecto más complejo, no hay necesidad de dar a disposición de los componentes en una placa de circuito impreso. Sin embargo, como el lector puede utilizar esta configuración en las experiencias será interesante sugerir una disposición de los componentes en la matriz de contactos.
Esta disposición se muestra en la figura 3.
Los transistores son todos NPNe PNP de uso general y los resistores de 1/4 vatios o mayores. El capacitor C1 puede ser cerámico o de poliéster. Recuerde que la corriente máxima que puede ser drenada por la salida del 555 es del orden de 200 mA, pero mayor estabilidad se logra si se utiliza un buffer entre él y la carga a ser excitada si es de potencia elevada.
La excitación de circuitos CMOS alimentados con la misma tensión es directa.
PRUEBA Y USO
La prueba es simple, pues basta con conectar la unidad a la entrada de un amplificador y en la entrada de la unidad un potenciómetro como divisor de tensión, como muestra la figura 4, si el circuito opera en la banda de audio.
Actuando sobre el potenciómetro el circuito debe producir señales que varían en frecuencia.
Si el lector desea tener una calibración perfecta del circuito en una aplicación más crítica puede utilizar un osciloscopio o un frecuencímetro en la salida.
LISTA DE MATERIAL
Semiconductores:
CI-1 - 555 - circuito integrado - temporizador
Q1, Q2 - BC558 o equivalente - transistores PNP de uso general
Q3, Q4 - BC548 o equivalente - transistores NPN de uso general
D1 - 1N4148 o equivalente - diodo de uso general
Resistores: (1/4 W, 5%)
R1, R2, R3, R5 - 1 k ohms
R4 - 470 ohms
R5 - 330 ohms
Capacitores:
C1 - 100 nF - cerámico o poliéster - ver el texto
Varios:
Matriz de contacto o placa de circuito impreso, fuente de alimentación, hilos, etc.