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Generador de Onda Escalera.
Générateur d'Onde Echélon.
Stairs Wave Generator.

Por-Par-By Ing.-Eng. : Hugo Gutiérrez Salazar.

Última Actualización : 25 de Enero de 2008

Dificultad - Difficulté - Difficulty :
4i_star_2_W.gif Black_sta.gif Black_sta.gif Black_sta.gif Black_sta.gif
Chile.gif Francia.gif Inglaterra.gif

El circuito siguiente es un generador de onda escalera de circuito integrado digital, que puede utilizarse para:

  • Calibrar el Osciloscopio,
  • Probar amplificadores de Audio,
  • Verificar curvas de transistores,
  • Etc.
    La particularidad es que se trata de un generador digital.
  • Le circuit suivant est un générateur d'Onde Echélon de Circuit Intégré Digitale, qui peut s'utiliser pour:

  • Calibrer l'Oscilloscope,
  • Verifier amplificateurs d'audio,
  • Verifier courbes des transistors.
  • Etc.
    La particularité est qu'il sagit d'un generateur digitale.
  • The circuit shown here, is a Stairs Wave Digital Integrated Circuit, it can be used to:

  • Calibrate an Oscilloscope,
  • Test Audio Amplifiers,
  • Generate transistors characteristic curves,
  • Etc.
    The particularity of this circuit is that's a digital generator.
  • Circuito Terminado - Circuit Terminé - Circuit Made

    Esc_Frente.jpg Esc_Atras.jpg

    Antes que nada, debo aclarar que los transistores son "sólo transistores" tal como decía en un artículo que leí hace años atrás. Sientase, por lo tanto, libre de reemplazarlos si no puede encontrar los que se sujieren en el artículo, lo que si deben respetarse los tipos. Por ejemplo, si un transistor es PNP, reemplácelo por un PNP. Si el transistor es de silicio, reemplácelo por uno de silicio.

    Este circuito no es original, he tomado el circuito básico de una revista española de electrónica, la que a su vez lo tomó de una revista italiana. De manera, que los circuitos van pasando de mano en mano y llegan a tener la calidad de "Patimonio de la Humanidad". Lo que solemos hacer los aficionados, es intentar modificarlos o mejorarlos cuando ello es posible. He visto otros diseños de éste circuito y me pareció interesante porque aprovecha las características de un circuito integrado, que contiene compuertas NAND, aprovechándolas en su totalidad.

    Avant de faire autres commentaires, je dois faire remarque que les transistors sont "seulement transistors", comme disait dans un article que j'ai lus; il y a quelques années. Vous pouvez toutefois les reemplacer si vous avez difficultés à trouver celui qu'on sugère dans c'est article, ce &agreve quoi l'on doit faire attention, c'est respeter les types. Par exemple, s'il sagit d'un transistor PNP, reemplacez-le par un de type PNP. Si le transistor est de silice, reemplacez-le par un de silice.

    C'est circuit n'est pas originel, j'ai pris le circuit basique d'une revue espagnole d'éléctronique, qui l'avait déjà répris d'une revue Italienne. De sorte que, les circuits vont passant de main en main et arrivent à avoir la qualitée de "Patrimonium de l'humanité". Ce que nous faisons , nous les amateurs, est de tenter de les modifier ou les améliorer, quand ceci est possible. J'ai vu autres design de ce circuit, mais celui-ci m'a paru interesant, par le fait qu'il utilise les caracteristiques d'un circuit integré qui contient quatre ports NAND, les utilisant completement.

    Before any comment, I have to clarify that transistors are "only transistors" as I seen in an article I have read a lot of years ago. So, fill free to replace it if you experiment difficulties to find them. You only have to pay attention in the type. By example, if you have a PNP Transistor, replace it by a PNP type. If you have a Silicon transistor type, replace it by a Silicon transistor too, and so on.

    This circuit isn't original, I had take the basis from an Spanish Electronics Magazine, who has also took the circuit from an Italian Electronics Magazine. This way, the circuits pass from hand to hand, arriving to have the quality of "Mankind Patrimony". What Amateurs we do , is to modify or transform in a best design when this is possible. I have seen other design of this circuit but this took my attention because it uses the characteristics of an integrated circuit, that contains four NAND gates, using it in his totality.

    El consumo total del circuito es de 90 [mA], por lo que un fusible de 100 [mA] es adecuado. Se utilizan 4 condensadores electrolíticos de 470 [ufds/25 Voltios] como filtro de la fuente, en vez de utilizar uno de 2200 [ufds], que es mucho más voluminoso.

    Aunque no se usó cable coaxial para las conexiones internas, la señal no se vé perjudicada. Para llevar la señal al Osciloscopio, sin embrago, es necesario usar conectores BNC y cable coaxial.

    La consomation totale du circuit est de 90 [mA], donc un fusible de 100 [mA] est suficent. On utilise 4 condensateurs electrolitiques de 470 [ufds/25 Volts] comme filtre de la source, au lieu d'utiliser un seul de 2200 [ufds], qui est plus volumineux.

    Bien qu'on n'utilise pas du cable coaxial pour les conections internes, la signale n'est pas afecté. Pour envoyer les signales au Oscilloscope, il est nécésaire d'utiliser des connecteurs BNC et un cable coaxiale.

    The total circuit consume is about 90 [mA] so a 100[mA] fuse will be fine. I used four 470 [ufds/25 V] electrolitic capacitors as source filters, avoiding use a unique 2200 [ufds] bulky capacitor.

    It's not necesary to use coaxial cable to do the internal conection , but it's necesary to use BNC terminals and coaxial cable to the oscilloscope conections.

    Circuito Impreso - Circuit Imprimé - Printed Circuit

    Escalera.jpg

  • tamaño Real.
  • Los trazos rojos corresponden a puentes por el lado de los componentes.
  • El tablero mostrado es de 10 x 10 [Cms].
  • taille réele.
  • Les trais rouges correspondent a ponts, faits par le côté des compossants.
  • Le tableau montré est de 10 x 10 [Cms].
  • Actual size.
  • The red traces correspond to bridges made by the component side.
  • Board chown is 4 x 4 [Inches]
  • Imagen de la Onda - Image de l'Onde - Wave Image

    Esc_Asc.jpg
  • Vista de la Onda Escalera Ascendente, generada por el circuito.
    Interruptor en posición Arriba.
  • Vue de l'Onde échélon Ascendente, généré par le circuit.
    Interrupteur en position haut.
  • View of the Ascending Stair Wave, generated by the circuit. Switch in Up position
  • Este generador de Onda Escalera se basa en un conversor Digital Analógico, ya que el 74LS193 es un contador digital de cuenta hasta 15 (0 a 15). Este contador puede contar en forma ascendente o descendente, dependiendo de cual sea la pata del integrado, que recibe los pulsos digitales a contar (pata 4 ascendente, pata 5 descendente).

    Los pulsos son generados por ¾ partes del 74LS00, que es un integrado que contiene 4 puertas NAND independientes. Con ellas se realiza un oscilador de onda cuadrada simple, con una frecuencia de oscilación dada por un sistema RC donde:

    R = R2 + R3 y

    C = C2.

    Cet générateur d'Onde Echélon est bassé sur un converseur Digitale/Analogique, dès que le 74LS193 est un compteur digitale, de compte jusqu'à 15 (0 à 15). Cet compteur peut compter en forme ascendente où descendente, dependant de quelle est la pate du integré, qui reçoit les pulses digitales a compter (pate 4 ascendente, pate 5 descendente).

    Les pulses son générés par ¾ part du 74LS00, qui est un integré qui contient 4 portes NAND independentes. Avec elles se realize un oscilateur d'onde carré, avec une frequence d' oscilation donné par un système RC où:

    R = R2 + R3 et

    C = C2.

    This strair wave generator is bassed upon a Digital Analogic converter, since the 74LS193 is a digital counter with count until 15 (0 to 15). This counter can count in acsending or descending way, depending on which integrate circuit pin receives the digital pulses to count (pin 4 ascending, pin 5 descending).

    Pulses are generated by the ¾ part of the 74LS00, which is an integrated circuit who has 4 NAND independant gates. With them we make a simple square wave oscilator, with an oscilation frequency give by an RC system where:

    R = R2 + R3 and

    C = C2.

    frec = 1 / (2 * PI * R * C)

    donde:

    PI = 3.1416 , R en [Ohmios] y C en [Faradios]

    Où:

    PI = 3.1416 , R en [Ohms] et C en [Farades]

    where:

    PI = 3.1416 , R in [Ohms] and C in [Farads]

    Esc_Desc.jpg
  • Vista de la Onda Escalera Descendente, generada por el circuito.
    Interruptor en posición Abajo.
  • Vue de l'Onde échélon Descendente, généré par le circuit.
    Interrupteur en position Bas.
  • View of the Descending Stair Wave, generated by the circuit. Switch in Down position
  • El transistor Q1 NPN, se utiliza para elevar la impedancia y de esta forma poder utilizar un potenciómetro de mayor valor resistivo, más fácil de encontrar; ya que de no existir, se hubiera necesitado un potenciómetro de 100 a 200 [ohmios], sin permitir grandes variaciones en la frecuencia. En vez de ello, usamos un potenciómetro lineal de 50 Kilohms, mucho más común.

    De esta forma, variando solamente el valor de C2 podemos abarcar otros rangos de frecuencias.

    Le transistor Q1 NPN, s'utilize pour augmenter l'impedance et de cette forme pouvoir utilizer un potenciomètre de mayeur valeur resistif, plus facile de trouver; depuis de ne pas exister, on aurrais besoin d'un potenciomètre de 100 à 200 [ohms], sans permettre de grandes variations en frequence. Au lieu de ça, on va à utiliser un potenciomètre lineale de 50 Kilohms, beaucoup plus commun.

    De cette façon, variant seulement le valeur de C2 on pourra atteindre autres valeurs en frequences.

    Q1 NPN Transistor, will be used to arise the impedance value, this way we can use a potentiometer of a high resistive value, easiest to find, since if it doesn't exists in the circuit, we should need a potentiometer between 100 to 200 [ohms], without a great frequency variations posibilities. Therefore, we will use a 50 [Kilohms] linear potentiometer, very easy to find.

    This way, only varying C2 value ,we can cover other frequency range values.

    Valores de C2
    Valeurs de C2
    C2 Values
    [nanofarads]
    Rango de Frecuencias
    Rang de Frequences
    Frequency Range
    1 500 [Hz] a 50 [KHz]
    2.2 250 [Hz] a 25 [KHz]
    5.6 100 [Hz] a 10 [KHz]
    10 50 [Hz] a 5 [KHz]
    22 25 [Hz] a 2.5 [KHz]
    56 10 [Hz] a 1 [KHz]
    100 5 [Hz] a 500 [Hz]

    Diagrama del Circuito - Diagrame du circuit - Circuit Diagram

    Haga Clic sobre el diagrama
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    Esc_diagr.jpg
    Diagrama Electrónico
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    El transistor PNP se utiliza para amplificar la señal de salida y el trimmer R12 para fijar la amplitud de la señal de salida. La resistencia R14 sirve para equilibrar la salida, dejando una impedancia de salida de 22 [KOhms]. El condensador C5, bloquea el paso de la corriente continua, dejando pasar sólo la componente de la señal. Las patas 12 y 13 del 74LS193 se utilizan para generar una señal de sincronismo para el osciloscopio. Cada vez que pasa por cero, se genera un pulso, que permite fijar la imágen en el osciloscopio, cuando se comienza a generar la señal. Le transistor PNP s'utilize pour amplifieur la signale de sortie et le trimmer R12 pour fixer l'amplitude de la signale de sortie. La resistence R14 sert a équilibrer la sortie, laissant une impedance de sortie de 22 [KOhms]. Le condenseur C5, bloque la entrée du courrant continue, laissant passer la compossant de la signale. Les pates 12 et 13 du 74LS193 s'utilissent pour générer une signale de sincronisme pour l'oscilloscope. Chaque fois qu'il pase par la compte de zero, se génére un pulse, qui permet fixer l'image au oscilloscope, quand se commence a générer la signale. PNP transistor is used to amplify the output signal and the trimmer R12 to fix the output signal amplitude. The resistance R14 is used to equilibrate the output, setting the output impedance in 22 [KOhms]. The capacitor C5, blocks the continious current, letting pass only the signal component. The 74LS193's Pins 12 and 13 are used to generate a sincronism signal to the oscilloscope. Each time the signal go to zero, a pulse is generated, this allows to fix a signal quiet image into the oscilloscope, just when the signal begins to generate.

    Las resistencias R6 y R10 generan en conjunto el equivalente a una resistencia de 80 [Kilohms].
    Las resistencias R5 y R9 generan en conjunto el equivalente a una resistencia de 40 [Kilohms].
    Las resistencias R4 y R8 generan en conjunto el equivalente a una resistencia de 20 [Kilohms].
    La resistencia R7 es de 10 [Kilohms}.

    Es decir hay una relación de reducción de 1:2:4:8, lo que corresponde a la cuenta binaria que representan.

    Asi, cada pata queda con un peso o valor de voltaje invertido (a mayor resistencia menor voltaje).

    Les resistances R6 et R10 générent l'équivalent à une resistance de 80 [Kilohms].
    Les resistances R5 et R9 générent l'équivalent à une resistance de 40 [Kilohms].
    Les resistances R4 et R8 générent l'équivalent à une resistance de 20 [Kilohms].
    La resistance R7 est de 10 [Kilohms}.

    Cet à dire , il y a une relation de reduction de 1:2:4:8, ce qui correspond à la compte binaire qui réprésentent.

    De cette façon, chaque pate reste avec un poids ou valeur de voltage inversé (plus grande la resistance moindre le voltage).

    Resistances R6 and R10 make an equivalent resistance of 80 [Kilohms].
    Resistances R5 and R9 make an equivalent resistance of 40 [Kilohms].
    Resistances R4 and R8 make an equivalent resistance of 20 [Kilohms].
    Resistance R7 is 10 [Kilohms}.

    This means there are a reduction relation of 1:2:4:8, this correspond to the binary count they represents.

    Then , each pin has a weight or inverted voltage value (at a great resistance, less voltage).

    Pata del
    Pate du
    Pin of 74LS193
    Peso
    Poid
    Weight
    78
    64
    22
    31

    Cuando desee saber que valor tomará la base del transistor Q2, nos basta saber cual es el valor binario que tiene cada pata.

    Se supone que el voltaje máximo de la señal debe ser de 5 [Voltios], el voltaje de la alimentación. Sin embargo, el valor de salida se regulará con el potenciómetro de salida, además el valor mínimo debe ser cero, por lo tanto:

    Quand vous desirez connaître le valeur qui prendrá la base du transistor Q2, cet sufissant savoir quel est la valeur binaire qui a chaque pate.

    On suppose que le voltage maximum de la signale doit être de 5 [Volts], le voltage de la source d'alimentation. Neanmoins,le valeur de sortie se regule avec le potenciomètre de sortie, de plus la valeur minimum doit être zero, alors:

    When you want to know the voltage in the Q2 transistor base , it's enought to know which is the binary value of each pin.

    It's suppossed that the maximum voltage of the signal has to be 5 [Volts], voltage of the source. Nevertheless, the output value is regularized with the output potenciometer. The mimimum value has to be zero, so:

    0 [V] <=Voltaje Salida
    Voltage Sortie
    Output Voltage
    <= 5 [V]

    El valor de voltaje debería ser el siguiente: Le valeur de voltage devrait etre le suivant: The voltage value must be :

    Voltaje Max. en la base de Q2 =[D* 8 + C * 4 + B * 2 + A] * 5/15 [Volts]

    Donde: Où : Where :

    D = Valor Binario en la pata 7 D = Valeur Binaire sur la pate 7 D = Binary Value on pin 7
    C = Valor Binario en la pata 6 C = Valeur Binaire sur la pate 6 C = Binary Value on pin 6
    B = Valor Binario en la pata 2 B = Valeur Binaire sur la pate 2 B = Binary Value on pin 2
    A = Valor Binario en la pata 1 A = Valeur Binaire sur la pate 1 A = Binary Value on pin 1

    los valores binarios tendrian los siguientes valores de voltaje de salida: Les valeurs binaires aurraient les voltages de sortie suivants: Binary values should have this output voltages:

    Valor Binario
    Valeur Binaire
    Binary Value
    Valor Decimal
    Valeur Decimale
    Decimal Value
    Voltaje Salida
    Voltage de Sortie
    Output Voltage
    000000.00
    000110.33
    001020.66
    001130.99
    010041.32
    010151.65
    011061.98
    011172.31
    100082.64
    100192.97
    1010103.33
    1011113.63
    1100123.96
    1101134.29
    1110144.62
    1111155.00

    Lista de Componentes - Liste de Composants - Component List

    Nro
    Nro
    Num
    Cuantas
    Quantité
    How many
    Descripción - Description Imágen - Image - Picture
    U1 1 Circuito Integrado 74LS00
    Circuit Intégré
    Integrated Circuit.
    Integrado16.jpg
    U2 1 Circuito Integrado 74LS193
    Circuit Intégré
    Integrated Circuit.
    Integrado16.jpg
    Q1 1 Transistor
    Transistor
    Transistor BC237 NPN.
    2n2222.jpg
    Q2 1 Transistor
    Transistor
    Transistor BC328 PNP.
    2n2222.jpg
    B1 1 Base de Integrado
    Base de Circuit Integré
    IC Base 14 Pins
    Base14.jpg
    B2 1 Base de Integrado
    Base de Circuit Integré
    IC Base 16 Pins
    Base16.jpg
    R4,R8,R11,R7 4 Resistencias de Carbón
    Resistances de Charbon
    Carbon Resistors 10 [KOhms] 1/4 [W]
    R10K.jpg
    R1 1 Resistencia de Carbón
    Resistance de Charbon
    Carbon Resistor 220 [Ohms] 1/4 [W]
    R220.jpg
    R3 1 Resistencia de Carbón
    Resistance de Charbon
    Carbon Resistor 470 [Ohms] 1/4 [W]
    R470.jpg
    R12 1 Trimmer Resistivo
    Trimmer Resistif
    Trimmer Resistor 2 [KOhms]
    PotAjuste.jpg
    R5,R14 2 Resistencia de Carbón
    Resistance de Charbon
    Carbon Resistor 22 [KOhms] 1/4 [W]
    R22K.jpg
    R6 1 Resistencia de Carbón
    Resistance de Charbon
    Carbon Resistor 68 [KOhm] 1/4 [W]
    R68K.jpg
    R15 1 Resistencia de Carbón
    Resistance de Charbon
    Carbon Resistor 330 [Ohms] 1/4 [W]
    R330.jpg
    R9 1 Resistencia de Carbón
    Resistance de Charbon
    Carbon Resistor 18 [KOhms] 1/4 [W]
    R18K.jpg
    R10 1 Resistencia de Carbón
    Resistance de Charbon
    Carbon Resistor 12 [KOhms] 1/4 [W]
    R12K.jpg
    R13 1 Resistencia de Carbón
    Resistance de Charbon
    Carbon Resistor 1 [KOhms] 1/4 [W]
    Resistencia.jpg
    R2 1 Potenciómetro Lineal
    Potenciomètre Lineal
    Linear Potenciometer 50 [KOhms]
    Potenciometros.jpg
    C5,C6,C7,C8 4 Condensador Electrolítico
    Condensateur Electrolitique
    Electrolitic Capacitor 470 [ufds]/25 [V]
    C470-25.jpg
    C3 1 Condensador Electrolítico
    Condensateur Electrolitique
    Electrolitic Capacitor 47 [ufds]/16 [V]
    C470-25.jpg
    C1,C4,C9 3 Condensador Poliester
    Condensateur Poliester
    Poliester Capacitor 100 [nfds]/50 [V]
    C100k.jpg
    C2 1 Condensador Poliester
    Condensateur Poliester
    Poliester Capacitor 10 [nfds]/50 [V]
    C100k.jpg
    C10 1 Condensador Electrolitico
    Condenseur Electrolitique
    Electrolitic Capacitor 100 [ufd]/16 [V]
    C470-25.jpg
    M1,M2,M3,M4 4 Enchufes BNC Macho Volantes
    Branches Male BNC
    BNC Male Plugs (to connect Oscilloscope)
    BNC.jpg
    E1,E2 2 Enchufes de Panel Embra BNC
    Branches BNC pour paneau
    BNC Female plugs for panel instalation.
    BNC.jpg
    T1 1 Transformador
    Transformateur
    Transformator 6 [V]- 110/220 [V] 300 [mA].
    Traf6.jpg
    F1 1 Fusible corto de 100 [mA]
    Fusible court de 100 [mA}
    Short Fusible 100 [mA]
    Fusible.jpg
    P1 1 [m] Cordon Paralelo
    Cordon Parallele
    Parallel Power Cable. 3 [feet].
    Cordon.jpg
    D1,D2 2 Perillas Miniatura
    Tourne Pots.
    Little Knobs.
    Perillas.jpg
    D1,D2 2 Led Rojos
    Led Rouge
    Red Leds.
    LedRojos.jpg
    G1,G2 2 Ganchos Portafusibles corto
    Branches soutient fusible
    Short Fusible support [V]
    Portafus.jpg
    D3,D4,D5,D6 4 Diodos de Silicio
    Diodes de Silice
    Silicon Diodes 1N4007 (or equiv.)
    1N4007.jpg
    U3 1 Regulador de Voltaje
    Régulateur de Voltage
    Voltage Regulator 7805
    7818.jpg
      0.5 [m] Cable Coaxial
    Cable Coaxial
    Coaxial Cable RG-45 / 2 [feet] [V]
     
      1 Interruptor Palanca Miniatura DPDM (Dos Polos Dos Movimientos)
    Interrupteur DPDM (Deux Poles Deux Mouvements)
    TPTW Switch (Two Poles Two Ways)
    InterruptorMini.jpg
      1 Caja Plástica de 20 x 10 x 5 [cms]
    Boîte en Plastique de 20 x 10 x 5 [cms]
    Plastic Box de 8 x 4 x 2 [inches]
    Caja20x10x5.jpg
      1 Pertinax Impreso Virgen 1 cara 10 x 10 [cms]
    Pertinax Vierge 1 face 10 x 10 [cms]
    Virgin Pertinax 1 face 4 x 4 [inches]
    Pertinax.jpg