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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos

Editorial Nº 179 Director de la Colección Club Saber Electrónica Ing. Horacio D. Vallejo Jefe de Redacción Luis Horacio Rodriguez Club Saber Electrónica es una publicación de Saber Internacional SA de CV de México y Editorial Quark SRL de Argentina

Editor Responsable en Argentina y México: Ing. Horacio D. Vallejo Administración México: Patricia Rivero Rivero Comercio Exterior México: Margarita Rivero Rivero Director Club Saber Electrónica: Federico Vallejo Responsable de Atención al Lector: Alejandro A. Vallejo Coordinador Internacional Luis Alberto Castro Regalado Publicidad Argentina: 4206-1742 México: 5839-5277 Internet: www.webelectronica.com.ar Web Manager: Pablo Ábalos Club Saber Electrónica. Fecha de publicación: octubre 2020. Publicación mensual editada y publicada por Editorial Quark, Herrera 761 (1295) Capital Federal, Argentina (005411-43018804), en conjunto con Saber Internacional SA de CV, Av. Moctezuma Nº 2, Col. Sta. Agueda, Ecatepec de Morelos, México (00525558395277), con Certificado de Licitud del título (en trámite). Distribución en México: REI SA de CV. Distribución en Argentina: Capital: Carlos Cancellaro e Hijos SH, Gutenberg 3258 - Cap. 4301-4942 - Interior: DISA – Distribución en Uruguay: Rodesol SA Ciudadela 1416 – Montevideo, 901-1184 – La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial. Revista Club Saber Electrónica, ISSN: 1668-6004

Del Editor al Lector Este es el primer tomo de la segunda serie de 5 volúmenes con Proyectos Electrónicos Completos. El objetivo es incluir en cada tomo una serie de circuitos que Ud. podrá simular en Livewire y modificar el circuito impreso sugerido en PCB Wizard. Con cada libro le brindamos la posibilidad de descargar CDs con proyectos (incluidos los contenidos en cada texto) con todos los archivos necesarios para que el lector pueda “estudiar” y practicar; encontrará archivos “.lvw” y “.pcb”, imágenes de circuitos e impresos en alta resolución, guías de simulación y hasta videos de montajes de algunos de estos proyectos. Los circuitos fueron tomados de proyectos ya publicados en saber Electrónica a los que hemos estudiado y simulado para esta serie. Fueron divididos en diferentes categorías; en este caso, encontrará en la obra cuatro capítulos: Circuitos con Luces Proyectos de Instrumentación

Proyectos para Alarmas Proyectos para el Automóvil

Sin embargo, el CD contiene otras categorías tales como: audio, digitales, ecología, electromedicina, automatismos, RF, radiocontrol, etc. Creemos que con estos 5 textos y sus CDs estamos llenando un vacío que aún teníamos luego de 25 años de edición ininterrumpida, es decir, creamos una obra que le servirá tanto al aficionado como al profesional. A los primeros porque contarán con un banco de datos de más de 1250 circuitos comentados con sus circuitos impresos y a los últimos porque en cada caso se desarrolla el marco teórico, los parámetros de diseño, la simulación y las posibles mejoras a realizar. Es por este motivo que en esta primera entrega el lector tiene la posibilidad de descargar un Curso de Electrónica Aplicada, destinado a los que ya saben electrónica y quieren perfeccionarse en el diseño y la simulación de circuitos. La segunda entrega de esta serie de Proyectos Completos está actualmente en desarrollo y creemos que será publicada en la Colección Club Saber Electrónica en un par de meses. ¡Hasta el mes próximo! INg. HoRACIo DANIEL VALLEJo

SoBRE LoS 2 CDS y SU DESCARgA Ud. podrá descargar de nuestra web el CD: “Curso Electrónica Aplicada” y 1 VCD “250 Proyectos Completos de Electrónica” que contienen Cursos, Videos, Tutoriales, Proyectos, etc. Todos los CDs son productos multimedia completos con un costo de mercado equivalente a 8 dólares americanos cada uno y Ud. los puede descargar GRATIS con su número de serie por ser comprador de este libro. Para realizar la descarga deberá ingresar a nuestra web: www.webelectronica.com.mx, tendrá que hacer clic en el ícono password e ingresar la clave “PCECLUB90”. Tenga este texto cerca suyo ya que se le hará una pregunta aleatoria sobre el contenido para que pueda iniciar la descarga.

CLub SAbEr ELECtrónICA nº 179 1

250 Proyectos de Electrónica 250 ProyEctos

DE

ELEctrónica

CAPítULo 1: PRoyECtoS

CoN

LUCES

sumario

Efectos de Luces TTL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Barra Luminosa con LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 Luz Nocturna Automática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 Automatismo para Jardín y Riego Sin Transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 10 Proyectos de Iluminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 Atenuador con Potenciómetro para Lámparas Incandescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 Automático para Luz de Pasillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 Lámpara de Neón con 9V DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 Circuito para Flash Secundario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 Flash Estroboscópico para Baile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 Intermitente para Carteles de Iluminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 Intermitente para LED de Muy Bajo Consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 Luces Audiorrítmicas de 3 Canales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .24 Temporizador Microcontrolado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27 Secuenciador de 5 Canales y 2 Efectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

CAPítULo 2: PRoyECtoS

PARA

ALARMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

Alarma Temporizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31 Star Trek: Sirena Ululante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 Alarma de Nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 Alarma de Seguridad para Piscinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 Efectos Sonoros para Sistemas de Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

CAPítULo 3: INStRUMENtoS ELECtRóNICoS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 Generador de Señales para Calibración y Pruebas en RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 Fuente Regulada de 0V a 18V con Control de Cortocircuito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 Indicador de Tensión de RED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 Termómetro Electrónico para Bajas Temperaturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58 5 Instrumentos para el Taller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61 Frecuencímetro Hasta 100MHz con Medidor de Período . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61 Punta Lógica TTL de Tres Estados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62 Probador Activo de Semiconductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63 Generador de Funciones de 0Hz a 100kHz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64 Analizador Dinámico para Pruebas en Audio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67

CAPítULo 4: PRoyECtoS

PARA EL

AUto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69

Cargador Automático de Baterías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69 Cargador de Baterías Integrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73 Luz de Freno Intermitente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75 Detector de Rotura de Vidrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79

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250 Proyectos de Electrónica

Director Ing. Horacio D. Vallejo

Editorial

Producción José María Nieves (Grupo Quark SRL) Selección y Recopilación de esta Obra: Ing. Horacio Daniel Vallejo [email protected] SOBRE APORTES DEL CLUB SE, MONOGRAFÍAS Y LA REVISTA SABER ELECTRÓNICA Coordinación: Ing. Federico Prado EDITORIAL QUARK S.R.L. Propietaria de los derechos en castellano de la publicación mensual SABER ELECTRÓNICA - San Ricardo 2072 (1273) - Capital Federal - Buenos Aires - Argentina - T.E. 4301-8804 Administración y Negocios Teresa C. Jara (Grupo Quark SRL) Patricia Rivero Rivero (SISA SA de CV) Margarita Rivero Rivero (SISA SA de CV) Staff Liliana Teresa Vallejo Mariela Vallejo Diego Vallejo Luis Alberto Castro Regalado (SISA SA de CV) José Luis Paredes Flores (SISA SA de CV) Sistemas: Paula Mariana Vidal Red y Computadoras: Raúl Romero Video y Animaciones: Fernando Fernández Legales: Fernando Flores Contaduría: Fernando Ducach Técnica y Desarrollo de Prototipos: Alfredo Armando Flores Atención al Cliente Alejandro Vallejo [email protected] Internet: www.webelectronica.com.mx Publicidad: Rafael Morales [email protected] Club SE: Grupo Quark SRL [email protected] Editorial Quark SRL San Ricardo 2072 (1273) - Capital Federal www.webelectronica.com.ar

La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial. Impresión: Talleres Babieca - México

Del Editor al Lector

Presentamos el primero de una serie de 5 volúmenes con Proyectos Electrónicos Completos. El objetivo es incluir en cada tomo una serie de circuitos que Ud. podrá simular en Livewire y modificar el circuito impreso sugerido en PCB Wizard. Con cada libro le brindamos la posibilidad de descargar CDs con 250 proyectos (incluidos los contenidos en cada texto) con todos los archivos necesarios para que el lector pueda “estudiar” y practicar; encontrará archivos “.lvw” y “.pcb”, imágenes de circuitos e impresos en alta resolución, guías de simulación y hasta videos de montajes de algunos de estos proyectos. Los circuitos fueron tomados de proyectos ya publicados en saber Electrónica a los que hemos estudiado y simulado para esta serie. Fueron divididos en diferentes categorías; en este caso, encontrará en la obra cuatro capítulos: Circuitos con Luces Proyectos de Instrumentación

Proyectos para Alarmas Proyectos para el Automóvil

Sin embargo, el CD contiene otras categorías tales como: audio, digitales, ecología, electromedicina, automatismos, RF, radiocontrol, etc. Creemos que con estos 5 textos y sus CDs estamos llenando un vacío que aún teníamos luego de 25 años de edición ininterrumpida, es decir, creamos una obra que le servirá tanto al aficionado como al profesional. A los primeros porque contarán con un banco de datos de más de 1250 circuitos comentados con sus circuitos impresos y a los últimos porque en cada caso se desarrolla el marco teórico, los parámetros de diseño, la simulación y las posibles mejoras a realizar. Es por este motivo que en esta primera entrega el lector tiene la posibilidad de descargar un Curso de Electrónica Aplicada, destinado a los que ya saben electrónica y quieren perfeccionarse en el diseño y la simulación de circuitos. La segunda entrega de esta serie de Proyectos Completos está actualmente en desarrollo y creemos que será publicada en la Colección Club Saber Electrónica en un par de meses. ¡Hasta el mes próximo!

SOBRE LOS 2 CDS Y SU DESCARGA

Ud. podrá descargar de nuestra web el CD: “Curso Electrónica Aplicada” y 1 VCD “250 Proyectos Completos de Electrónica” que contienen Cursos, Videos, Tutoriales, Proyectos, etc. Todos los CDs son productos multimedia completos con un costo de mercado equivalente a 8 dólares americanos cada uno y Ud. los puede descargar GRATIS con su número de serie por ser comprador de este libro. Para realizar la descarga deberá ingresar a nuestra web: www.webelectronica.com.mx, tendrá que hacer clic en el ícono password e ingresar la clave “PCECLUB90”. Tenga este texto cerca suyo ya que se le hará una pregunta aleatoria sobre el contenido para que pueda iniciar la descarga.

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C APÍTUL O 1: P ROYECTOS CON L UCES Existen innumerables formas de implementar un circuito lógico de componentes discretos, pero, en versión integrada, la tecnología más popular es la TTL (Transistor-Transistor-Logic: lógica transistor-transistor). Esta tecnología utiliza sólo transistores bipolares en la parte lógica propiamente dicha del circuito digital y de ahí su nombre de lógica transistor-transistor. En base a un circuito integrado TTL 7442 proponemos el armado de una central de efectos lumínicos muy fácil de implementar.

EFECTOS

DE

INTRODUCCIÓN Esta familia de circuitos integrados requiere un cuidado especial con la tensión de la fuente de alimentación: ésta debe proporcionar 5VCC, permitiéndose tolerancias sólo de hasta 0,25V, lo que exige circuitos reguladores de tensión especialmente concebidos para que la tensión de alimentación se sitúe entre los límites de 4,75V y 5,25V exigidos por la tecnología TTL. Además de eso, el consumo es muchísimo mayor que el de los circuitos de tecnología CMOS, mucho más lentos en la conmutación que sus "primos" TTL. El C.I. 7442, por ejemplo, es de tecnología TTL y se presenta en cápsula de plástico o cerámica

Figura 1

LUCES TTL

con diez y seis terminales, o "pins", distribuidos en dos líneas paralelas imaginarias, en la clásica formación mecánica de "dos en fondo" expresada en forma abreviada d.i.l (del inglés: "dual-in-line"). La identificación de los terminales obedece a lo expuesto en la figura 1, es decir, en el sentido antihorario a partir de la marca, o chanfle, impreso en la cápsula del integrado cuando se ve desde arriba. Esta forma de identificar los terminales de un C.I. es válida para cualquier integrado de mecánica d.i.l, independientemente de la función que realice y del fabricante. El integrado 7422 es nada más que un decodificador binario a decimal, o más exactamente, BCD es un código también conocido como decimal codificado en binario que presenta, para cada uno de los diez logaritmos decimales, un conjunto (bloque") de cuatro dígitos binarios (abreviadamente "bit"). Es así que el número decimal 987 se representa, en el código BCD, por tres de esos "bloques", lo que indica el valor absoluto de cada logaritmo decimal que participa en la operación, pues como sabemos: CAPÍTULO 1: Proyectos con Luces 3

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos 0111 (binario) = 7 (decimal) o sea, (0111)2 = 20 + 21 + 22 + 03 (0111)2= 1 + 2 + 4 + 0 = 7 1000 (binario) = 8 (decimal) o sea: (1000)2 = 00 + 01 + 02 + 23 (1000)2 = 0 + 0 + 0 + 8 = 8 1001 (binario) = 9 (decimal) o sea: (1001)2 = 20 + 01 + 02 + 23 (1001)2 = 1 + 0 + 0+ 8 = 9 En forma análoga, el número decimal 1984 será codificado en BCD como: 0001 - 1001 - 1000 - 0100 Para facilitar las cosas, la tabla I proporciona la conversión de los diez dígitos decimales a sus correspondiente binarios en BCD. En lugar de "0" y de "1" podemos utilizar la simbología "L" (bajo) y "H" (alto) según vimos anteriormente y así operar con niveles lógicos en vez de numerales que confunden a mucha gente. La sigla BCD proviene de la expresión "binary coded decimal" (decimal codificado en binario). Este código es muy usado en sistemas digitales debido a su simplicidad. Pero el código no utiliza todas las combinaciones posibles con los cuatro dígitos binarios de cada bloque; el cuarto dígito, el más significativo, se utiliza sólo cuando la codificación del algoritmo decimal es 8 ó 9. Otra característica del código BCD es el hecho de ser de tipo pesado, es decir cada "bit" presenta un valor (peso) según la posición que ocupa en el numeral. Esto también sucede en el sistema decimal al que estamos acostumbrados. Esos valores relativos (pesos) son: 8 (23), 4 (22), 2 (21) y 1 (20); 4 Club Saber Electrónica

Figura 2

veamos el último ejemplo: 0001 ⇒ 03 + 02 + 01 + 20 = 0001 ⇒ (0 x 8) + (0 x 4) + (0 x 2) + (1 x 1= 00012 ⇒ 1 (decimal) 1001 ⇒ (1 x 8) + (0 x 4) + (0 X 2) + (1 x 1) = 10012 ⇒ 9 (decimal) 1000 ⇒ (1 x 8) + (0 x 4) + (0 X 2) + (0 x 1) = 10002 ⇒ 8 (decimal) 0100 ⇒ (0 x 8) + (1 x 4) + (0 X 2) + (0 x 1) = 01002 ⇒ 4 (decimal) Vemos que esto proporciona el resultado 1984 como habíamos previsto. Ahora una observación importante: cualquier numeral no perteneciente al sistema decimal, no debe leerse sino "deletrearse" dígito por dígito. En el ejemplo anterior debemos decir lo siguiente: “cero-cero-cero-uno", “uno-cero-cero-uno”, “unocero-cero-cero” y "cero-uno-cero-cero" que corresponden a los números binarios 0001,1001, 1000 y 0100 respectivamente ¡Nunca hay que decir "uno", "mil uno", "mil" ni "cien"! Pues bien, como dijimos el C.I. 7422 realiza una función similar a la transformación hecha más arriba, sólo que el integrado en cuestión sólo tiene capacidad para codificar, en el sistema decimal, sólo uno de los "bloques" por vez. De ahí es fácil darse cuenta que el 7442 debe presentar diez salidas para corresponder a los dígitos decimales (0, 1, 2, 8, 9) y cuatro entradas designadas por D, C, B y A que simbolizan, en ese orden, los pesos 8, 4, 2 y 1 ya citados del código BCD. Esos catorce terminales de acceso al integrado y los dos destinados a la alimentación del mismo, totalizan los dieciséis "pins" requeridos por el C.I. 7442, figura 1. Los terminales destinados a la ali-

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Efectos de Luces TTL Figura 3

Figura 4

mentación del circuito propiamente dicho del integrado son 16 (Vcc: 5V) y 8 (masa: OV) como muestra la figura 3, donde tenemos la función de los "pins" del integrado en estudio. Los circuitos de la figura 3 indican que las salidas se mantendrán en un nivel lógico bajo (Ló O) cuando son excitados o, lo que es igual, las salidas en reposo presentan un nivel alto (H ó 1). Aunque el componente es muy chico, su circuito tiene sólo ocho circuitos inversores (operador NO) y diez puertas lógicas NAND de entrada cuádruple cada una; le corresponde el diagrama lógico de la figura 4. Para analizar el comportamiento del circuito, tenemos que conocer la función booleana de cada salida, o sea:

Teniendo presente la tabla I y considerando la correspondencia “1 = H” y “0 = L” podemos escribir lo siguiente:

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos funcionamiento hechas hasta ahora sobre el C.I. 7442 se resumen en la tabla II, que es sólo una tabla funcional del circuito integrado en estudio. De ahí vemos que entre las dieciseis combinaTabla 1 ciones posibles con las cuatro entradas, apenas diez se utilizan (y son válidas); ésto hace que el código BCD presente diez posibilidades, pues son diez los dígitos decimales. Si usted quiere verificar el funcionamiento del C.I. 7442 en la práctica, la figura 5 presenta el esquema eléctrico de nuestro proyecto. En cuanto a la fuente de alimentaión (5V - 0,25V) puede estar formada por cuatro pilas grandes, con un par de diodos en serie con el fin de proporcionar la debida caída de potencial a la tensión de alimentación ofrecida por ese circuito. Respecto de la figura 5 debe considerar lo siguiente: al emitir luz un diodo fotoemisor cualquiera, quedará caracterizado el nivel bajo; de esta manera al mantener los interruptores en la situación establecida en el diagrama esquemá-

Como queda demostrado, las salidas en reposo presentan el nivel H y de ahí proviene el circulito asociado a esas salidas en la figura 3. Usted debe estar pensando que como cuatro son las líneas de entrada y diez las líneas de salida, el circuito no es más que un decodificador del tipo de cuatro líneas por diez. Esto es verdad, pero con algunas restricciones. Observe, por ejemplo, que para el cuarteto HHLL correspondiente al binario 1100 (12 en decimal) ninguna de las diez salidas se excita, lo mismo es válido para cualquier número superior a 1001 (9 en decimal). En estos casos el circuito (figura 4) encara la situación de entrada como no válida y todas las salidas asumirán el nivel H, es decir, permanecerán en reposo. Tabla 2 - Tabla funcional del circuito integrado 7442. Las consideraciones sobre el 6 Club Saber Electrónica

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Efectos de Luces TTL

Figura 5

tico, ninguno de los catorce diodos electroluminiscentes emitirá luz. Los de entrada no lo hacen porque ningún interruptor se encuentra accionado, y los de salida no emiten luz debido a la condición no válida de

entrada (numeral binario 1111, o 15 en decimal). En la figura 6 damos una sugerencia para la placa de circuito impreso. Procure entrenarse lo suficiente para adquirir una cierta práctica en la conversión BCD a decimal.

Figura 6

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Con el LM3914 es posible construir una escala de punto móvil similar a la presentada en Saber Electrónica Nº 4 con nuestro viejo conocido UAA170, con la ventaja de presentar un mejor desempeño cuando hay una variación de potencia considerable en la señal aplicada a la entrada. Aprovechando esta característica diseñamos un vúmetro a leds o escala luminosa que hasta puede ser empleada como base para la implementación de un juego de luces audiorrítmicas. Con una etapa de potencia apropiada se puede utilizar en carteles luminosos.

BARRA LUMINOSA

INTRODUCCIÓN Las aplicaciones propuestas por los fabricantes del circuito integrado LM3914N en sus Manuales

Figura 1

8 Club Saber Electrónica

CON

LEDS

de Componentes son variadas, incluso, hemos propuesto algunos artículos en otras ediciones de Saber Electrónica. Este circuito integrado está diseñado para mos-

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Barra Luminosa con LEDs Figura 2

LISTA

DE

Figura 2

MATERIALES

IC1-LM3914N - Circuito integrado para lectura de barras de LEDs de punto móvil (similar a nuestro viejo conocido UAA170) D1- OA91 o similar - Diodo de Germanio LED1-LED10 - Diodos emisores de luz (ver texto) R1 - 680Ω R2 - Potenciómetro lineal de 1MΩ R3 - 12kΩ C1 - 22µF - Capacitor electrolítico de 25V C2 - 100nF - Capacitor cerámico. S1 - Llave inversora simple VARIOS Zócalo para montar el integrado, batería de 9 volt (ver texto, gabinete para montaje, placa de circuito impreso, perilla para el potenciómetro, cables, estaño, componentes accesorios en caso de querer montar el juego de luces audiorrítmicas (ver texto) o para aumentar la sensibilidad de entrada (ver texto), etc.

trar una "escala de tensiones" mediante un conjunto de diodos emisores de luz. Posee un divisor de tensión y diez comparadores que se encienden en secuencia cuando se eleva la tensión de entrada. Este hecho se utiliza para “amplificar y comparar” una señal de audio conectado a su entrada. Para el funcionamiento, se debe colocar en la entrada (J1) la salida de cualquier amplificador de audio con una potencia superior a 100mW (se conecta directamente al parlante). En el circuito de la figura 1, D1 es un rectificador que cambia la señal de audio alterna a una señal DC que luego es filtrada por C1 para obtener un nivel constante correspondiente al pico de la señal de audio de entrada. En la porción de "nocarga" de la señal de media onda, R2 descarga al capacitor C1. Dado que R2 es ajustable, el promedio de descarga de C1 puede ajustarse hasta compatibilizar nuestro detector con las características de audio de la radio particular que está siendo usada. El promedio de descarga puede CAPÍTULO 1: Proyectos con Luces 9

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos variar entre casi unas décimas de segundos a varios segundos. La señal de audio mantendrá estable esta tensión sobre C1 con alguna fluctuación (mientras el audio también fluctúe). Cuando el pulso de un rayo haga ondular la radio, el proceso de carga de C1 será más rápido que el de su descarga. En este caso, la tensión sobre C1 se aplicará a IC1 y esto se traducirá en el nivel de corriente mostrado en los Figura 3 LEDs. Dado que IC1 puede mostrar un nivel de tensión como una "barra" de LEDs o como un simple punto móvil, S1 se usa para seleccionar entre los dos modos de muestra. La alimentación puede hacerse con cualquier tensión comprendida entre 6V y 18V, se alimentará con una batería de 9V o con la propia fuente de la radio. El circuito es muy simple, y puede ser construido en una placa de circuito impreso como la mostrada en la figura 2. El tamaño de los LEDs y sus colores dependerán de la preferencia personal del constructor. En la figura 2 también se reproduce el impreso “invertido” por si Ud. desea construir su placa empleando pertinax presensibilizado. Recuerde que trabajar con placas de circuito impreso vírgenes presensibilizadas le permitirá construir el circuito impreso con poco esfuerzo, sin necesidad de tener que “dibujar” con marcador permanente las pistas donde deberá quedar el cobre. Tenga en cuenta que con este circuito puede manejar luces de potencia, para ello deberá realizar el arreglo mostrado en la figura 3 en el que se emplea un tiristor por cada luz a ser controlada. Con un TIC226D se pueden controlar lámparas de hasta 800W (de 110V ó 220V), en cuyo caso se deberá dotar a cada tiristor del apropiado disipador de calor. También podrá usar módulos de estado sólido del tipo IGBT y, en ese caso, no será necesario el uso del transformador. Para emplear el circuito como juego de luces, 10 Club Saber Electrónica

debe colocar la llave en la posición correspondiente a “punto luminoso” y colocar y excitar un TIC226D por medio de un cable conectado entre el terminal 11 del integrado con su unión con el cátodo de D11 (vea la figura 1). Por otra parte, si desea utilizar el vúmetro para que funcione con potencias más bajas, a la entrada debe colocar un transistor BC548 como el mostrado en la figura 4. Para obtener diferentes efectos puede conectar el cable que hemos marcado con la letra “A” en el circuito de la figura 1 a otras patas del integrado conectadas a LEDs, esto le ayudará también a obtener variantes cuando quiera emplearlo como juego de luces audiorrítmicas. Figura 4

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Luz Nocturna Automática

Este dispositivo encenderá automáticamente las luces de un zaguán, jardín, garaje o de las vidrieras cuando exista poca luz natural (al anochecer) y las apagará al amanecer. Resulta un montaje ideal para quien llega a casa de noche y desea encontrar las luces encendidas o también para quien no puede estar en determinado lugar para encender o apagar las luces al anochecer o amanecer.

LUZ NOCTURNA AUTOMÁTICA INTRODUCCIÓN Tal como dice Newton Braga, en su artículo de Saber Electrónica Nº 1, un sistema de luz nocturna automática puede tener muchas utilidades. Además de evitar el gasto excesivo de energía eléctrica, porque mantiene las luces encendidas sólo mientras falta luz natural, también ayuda a economizar la presencia de un operador humano

Figura 1

para conectarlas o desconectarlas. Podemos usar tales sistemas, con eficiencia, en los siguientes casos: Accionamiento de lámparas de vidrieras, jardines, zaguanes o estacionamientos. Accionamiento de sistemas de señalización nocturna (luces de mástiles). El proyecto que describimos utiliza una configuración poco común de circuito de disparo con el temporizador 555 y puede controlar lámparas de las redes domiciliarias tanto de 110V como de 220V con potencias suficientes para la mayoría de las aplicaciones (los contactos IC2 e IC3 del circuito de la figura 1 actúan como interruptor en el circuito que se desee controlar). De hecho, en la red de 110V podemos controlar hasta 200 watt de lámparas y en la red de 220V hasta 400 watt, con suficiente holgura para los contactos de relé del tipo de los empleados en circuitos impreso, que soportan 2A de contacto. Si Ud. desea controlar cargas de mayor potencia, se puede usar sin problemas un relé intermeCAPÍTULO 1: Proyectos con Luces 11

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Figura 2

diario. Las características del aparato son las siguientes: Tensión de alimentación: 110 ó 220 volt. Sistema sensor: LDR. Carga máxima: 200W (110V) o 400W (220V). Componentes activos: 1 circuito integrado. Como podemos ver en la figura 1, el integrado 555 (timer) está formado internamente por dos comparadores conectados a un flip-flop y a una etapa de potencia. Normalmente, este integrado se usa como timer estable o monoestable, pero nada impide que sea polarizado, como muestra la misma figura, para formar un "trigger" o circuito de disparo. La tensión de referencia puede ser aplicada al pin 5, siendo el orden de la mitad de la tensión de alimentación. En la transición de la tensión de entrada del pin 2, de un valor mayor de la mitad e la tensión de referencia a una menor, la salida es activada y puede controlar un relé. En nuestro circuito, fijamos la tensión de referencia por un divisor formado por R2 y R3 y ajustamos el disparo en función de la luz que incide en el LDR a través del potenciómetro VR1. El ajuste se realiza en función de la luz ambiente. Les recordamos que, en la instalación del apa12 Club Saber Electrónica

rato, el LDR debe recibir solamente la luz ambiente (del cielo) y nunca la luz de las lámparas que controla, pues en este caso habría una realimentación. El circuito es alimentado por la red local a través de un transformador y en el montaje está previsto un tomacorriente donde pueden ser conectadas las lámparas alimentadas. En el caso de un jardín o vidriera, por ejemplo, observando el límite de potencia, se pueden poner lámparas en paralelo. Una característica importante de este circuito con "trigger" es el hecho de no sufrir esas desagradables oscilaciones de los circuitos convencionales cuando la iluminación llega al umbral de disparo. La transición del punto de espera al disparo es inmediata y única. El relé cierra y abre de inmediato los contactos, sin oscilación. En la figura 2 damos el diagrama completo del aparato, que después del montaje puede ser encerrado en una caja de metal, plástico u otro material, vea que sólo posee un integrado y un transistor, junto con los componentes asociados (el 555 puede ser de cualquier empresa). En la figura 3 damos el diseño de la placa de circuito impreso. Los principales cuidados que se deben tomar con los componentes y su obtención son los siguientes:

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Luz Nocturna Automática Figura 3

a) Debe observar la posición del circuito integrado es el 555. b) El LDR es de tipo redondo, de cualquier tamaño, debiendo ser instalado en un tubo opaco dirigido hacia el cielo de modo de operar con su luminosidad. Se puede usar un cable de hasta 5 metros para conectar este LDR al circuito. c) El diodo D1 es de uso general (1N4148). d) Coloque un relé de 12V para circuitos impresos con contactos de 2ª o más. Para mayores cargas se pueden usar relés de contactos de mayor corriente, pero su bobina debe ser de 12V con corriente máxima de 200mA. Si se usaran relés diferentes, se debe modificar el diseño de la placa. e) Los resistores son todos de 1/8 ó 1/4W y el único potenciómetro puede ser tanto de 50kΩ como de 100kΩ. f) C1 es un capacitor cerámico que funciona

como filtro y desacoplamiento del integrado y su valor no es crítico, estando entre 100nf y 1µF. g) La lámpara a ser controlada debe tener como interruptor a los contactos del relé.

Para probar nuestra luz nocturna automática conecte cualquier lámpara de acuerdo con su red local, un velador u otro aparato electrodoméstico cuyo funcionamiento se pueda verificar. Enseguida coloque el LDR de modo que reciba directamente la luz ambiente y ajuste el VR1 para que el relé abra sus contactos. Ajuste el VR1 de modo que quede en el umbral de accionamiento. Cubriendo el LDR con la mano, se va moviendo gradualmente el curso de VR1 hasta obtener el punto de mayor sensibilidad, o sea, en el que el circuito es conectado al faltar la luz y desconectado con la presencia de luz. Haga lentamente este ajuste, ya que el aparato tiene cierta inercia. Una vez comprobado su funcionamiento, sólo queda instalarlo en forma definitiva. Por su sencillez, este montaje es recomendado para quienes recién se inician en electrónica. LISTA

DE

MATERIALES

IC1 - CA555 - Circuito integrado temporizador IC2, IC3 = Contactos usados como interruptor Q1 - BC548 - Transistor NPN D1 - 1N4148 - Diodo de uso general Relé - Relé de 12V para circuitos impresos R1 a R4 - 1kΩ R5 - LDR común (puede usar cualquiera) R6 - 1kΩ VR1 - Potenciómetro de 50kΩ (ver texto) C1 - 1µF - cerámico Varios Placa de circuito impreso, gabinete para montaje, estaño, cables, etc.

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos En nuestro hogar tenemos usualmente una luminaria en la entrada, el patio de ropas o el ante jardín. Como es una luz que está en el exterior de la casa, ¿a quién no se le ha olvidado apagarla? La dejamos prendida por horas y horas en el día y a veces por semanas, haciendo un consumo de energía innecesario. Pensando en una solución a este problema, hemos diseñado un dispositivo electrónico que se encarga de encender una lámpara (puede ser de bajo consumo de cátodo frío), en el momento que el sol se oculta y se apaga automáticamente cuando el sol vuelve a asomar a la madrugada, igual que las lámparas de iluminación del alumbrado público. Otra de nuestras motivaciones para hacer este circuito es dar a conocer algunos componentes como los optoacopladores y los triacs, enseñando su funcionamiento básico.

AUTOMATISMO PARA JARDÍN Y RIEGO SIN TRANSFORMADOR

INTRODUCCIÓN

Este circuito, mostrado en la figura 1, funciona con tensiones de 110V y hasta 220 volt, sin necesiFigura 1

14 Club Saber Electrónica

dad de hacerle ningún cambio. Por eso el condensador (C1) de la entrada de corriente es a 400V como mínimo y el condensador de rectificación (C2) (22µF) es a 350V, ya que si alimentamos

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Automatismo para Jardín y Riego sin Transformador

este circuito con 220 volt AC, al momento de ser rectificados se convierten aproximadamente en 330 voltios DC. La carga puede ser hasta de 400W. Puede usar una de más potencia, siempre y cuando cambie el Triac TIC226D, por uno que soporte más corriente, como el BTA08600, que soporta hasta 8 ampere. No olvide usar un disipador apropiado para mantener el Triac refrigerado. A continuación haremos una breve explicación de la función que desempeña cada componente del circuito. FUNCIONAMIENTO

DEL

CIRCUITO

Una de las grandes virtudes de este circuito es que NO NECESITA TRANSFORMADOR. En este caso usamos un circuito muy sencillo que baja el voltaje y lo rectifica, ahorrando dinero y espacio. Vea la imagen de la figura 2, el condensador (C1) de 2.2µF de poliéster, está en serie a la entrada del voltaje de la red pública, restringiendo el paso de corriente (ampere).

pueda enviarnos una descarga eléctrica, al momento de manipular el circuito. En el otro cable de entrada de la red pública hay una resistencia de 10 ohm (R2) que funciona como fusible y también ayuda a limitar la corriente. Luego de que la corriente pasa por el condensador y la resistencia, llega a un puente de diodos formado por 4 diodos rectificadores (figura 3), que se encargan de separar los semiciclos positivos de los negativos, entregándolos por separado, para luego ser rectificados por un condensador (C2), convirtiendo la corriente alterna (AC) en corriente directa (DC). Figura 3

Figura 2

Este condensador sólo permite el paso de unos 60mA aproximadamente, facilitando la reducción de voltaje que se hará mas adelante. La resistencia de 330kΩ (R1) que está en paralelo con el condensador (C1), se encarga de descargar el condensador a la hora de desconectar el circuito, evitando que el condensador quede cargado y

Recordemos que al rectificar una corriente se eleva su voltaje, multiplicándolo por raíz de 2 que es 1.4141. Esto quiere decir que para una alimentación de 120 volt AC, obtendremos a la salida del puente de diodos una tensión de 169 volt, menos 2 volt de consumo del puente y algunas perdidas, tendremos unos 160 volt aproximadamente. Y para una alimentación de 220 volt AC, tendremos una tensión de salida de unos 320 volt DC aproximadamente. Por esta razón el condensador de la fuente rectificadora debe ser de 350 volt, de lo contrario estallará al momento de conectar el circuito. Ahora que tenemos la tensión rectificada y con una corriente pequeña, debemos bajar el voltaje a unos 10 volt DC. Para esto utilizamos un diodo zener. CAPÍTULO 1: Proyectos con Luces 15

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Es importante resaltar que un diodo zener NO se debe conectar sin su respectiva resistencia de polarización, que limita la corriente que alimentará el zener, de lo contrario el zener se quemará. La resistencia de 39kΩ a 5 watts (R3) que vemos en la fotografía de la figura 4, es la resistencia de polarización del zener. Figura 4

Figura 5

Es necesario que sea de 5W, ya que el esfuerzo que tiene que hacer para bajar la corriente, genera un calor relativamente alto. La fórmula para calcular esta resistencia es la siguiente: RZ = Vt - Vz / Iz “Resistencia de polarización = voltaje total menos el voltaje del zener, dividido por los amperios del zener”. Para la red eléctrica de 220V, según lo visto, tenemos que:

La resistencia de 10kΩ (R4), le ayuda al zener a soportar la carga. Va en paralelo a tierra con el diodo zener. El condensador de 47µF (C3) y el condensador cerámico de 0.1µF (C4) rectifican nuevamente la corriente, quitando posibles rizos o ripple. Cuando hicimos la prueba en el protoboard sin estos dos condensadores, notamos que titilaba levemente la lámpara de carga, sobre todo al usar una lámpara de neón. Por esta razón colocamos los condensadores, logrando una iluminación estable y sin fluctuaciones. Hemos terminado de explicar la fuente de alimentación. Ahora viene el circuito que se encarga de la automatización de encendido al detectar oscuridad y apagado al detectar luz. El pre-set que vemos en la fotografía de la figura 6 (VR1) forma parte de un divisor de voltaje, junto con una fotorresistencia.

RZ = 320VDC - 10V = 310V / 0.02 Amp = 15.500 ohm Podría ser una resistencia de 15kΩ, pero al hacer la prueba se calentaba demasiado, por lo que optamos por buscar la resistencia más alta, sin que perjudique la corriente de trabajo del zener; el valor apropiado resultó ser de 39kΩ (puede colocar cualquier valor entre 27kΩ y 47kΩ). En la fotografía de la figura 5, podemos apreciar los otros componentes que acompañan el diodo zener. 16 Club Saber Electrónica

Figura 6

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Se puede colocar una resistencia fija de 10kΩ o 15kΩ, pero el resistor variable da la posibilidad de graduar la sensibilidad del circuito. El funcionamiento de este bloque es el siguiente: cuando la corriente pasa por VR1 y llega al punto centro entre VR1 y la fotorresistencia, si la fotorresistencia está recibiendo luz, baja su impedancia a 0 ohm, polarizando negativamente la base del transistor. Al momento que se oscurece el ambiente, la fotorresistencia sube su impedancia a más de 50kΩ, restringiendo el paso de la corriente. En ese momento se polariza positivamente la base del transistor 2N3904. La fotorresistencia o RDL (resistencia dependiente de la luz), es una resistencia variable que cambia su impedancia de acuerdo a la cantidad de luz que absorba en su superficie. Como se puede observar en la fotografía de la figura 7, le hemos colocado un recubrimiento en su parte inferior. Esto con el fin de que no reciba luz por debajo, ya que si esto sucede, no funcionará correctamente. Como no queríamos que quedara la resistencia pegada a la tarjeta del circuito impreso, usamos un trozo de un bolígrafo viejo y Figura 7 lo cubrimos con cinta aislante negra. De la buena ubicación de la fotorresistencia, depende la precisión en el funcionamiento de nuestro circuito. Volvamos al funcionamiento de nuestro circuito de luz automática, al momento que la fotorresistencia tiene su impedancia muy alta, se polariza positivamente la base del transistor 2N3904 (NPN). En ese momento el transistor conduce entre colector y emisor, polarizando negativamente la base del transistor 2N2907 que es de polaridad PNP. Esto quiere decir que conduce cuando su

base es estimulada con un voltaje negativo. Al conducir el transistor 2N2907, pasa un voltaje positivo de colector a emisor y llega hasta el optoacoplador. Nota: El transistor 2N2907 fue colocado en las dos direcciones, invirtiendo colector y emisor. Y en las dos posiciones, el circuito funcionó correctamente. Por eso en las fotografías del artículo se ve al contrario de la máscara de componente. Puede colocarlo para cualquiera de los dos lados y probar su sensibilidad. La idea de estos proyectos es adquirir conocimiento y práctica. En la imagen de la figura 8 puede observar la disposición de estos componentes sobre la placa de circuito impreso. Figura 8

El optoacoplador es un relé de estado sólido, también conocido con el nombre de optoaislador o aislador acoplado ópticamente. Para el caso del MOC3021 (figura 9), sus patas 1 y 2 van internamente a un diodo LED que al iluminar, excita un Figura 9

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos fototriac que permite conducir corriente entre las patas 4 y 6 del optoacoplador. Se utiliza para aislar eléctricamente el circuito anterior que es alimentado a 10 voltios y unos pocos miliamperios, de la parte donde manejaremos el voltaje de la red pública. Esta es una de las grandes ventajas de usar un optoacoplador, ya que sirve para aislar un circuito de otro, evitando catástrofes a la hora de un corto circuito. Al momento que el transistor 2N2907 conduce, le envía un voltaje al LED que se encuentra dentro del MOC3021. Como el voltaje que llega al optoacoplador es de 10 volt y un LED sólo puede ser alimentado con 3 volt, colocamos una resistencia de 390 ohm en serie con el pin 2 que es el pin de tierra o negativo. El TRIAC, figura 10, es un dispositivo semiconductor de la familia de los transistores, pero con la particularidad que puede conducir en dos direcciones. Es decir que puede conducir corriente alterna, algo que no Figura 10 pueden hacer los transistores. También son llamados relevos de estado sólido. Tiene tres patas: T1, T2 y G (compuerta en ingles es Gate). Al momento que el optoacoplador es accionado por el transistor, este conduce entre sus pines 4 y 6, enviando una corriente a la compuerta del Triac. El Triac conduce la corriente de la red pública y como el bombillo está en serie, este se enciende. Al momento que no llega corriente a la compuerta del Triac, este deja de conducir y la lámpara de salida o de cargase apaga. Nota: El triac solamente abre y cierra el paso de corriente, Por lo tanto de puede encender cualquier tipo de bombillo que sea alimentado con la 18 Club Saber Electrónica

red publica. Nosotros probamos el circuito con lámparas ahorradoras (de cátodo frío), obteniendo el mismo resultado que con las lámparas incandescentes. Cuando la resistencia vuelve a recibir luz, esta baja su impedancia, y se polariza negativamente la base del transistor 2N3904. Como este transistor es NPN, no conduce y por lo tanto tampoco el otro transistor, ni el Optoacoplador y por lógica tampoco el Triac. Si queremos direccionar la fotorresistencia a un punto de luz específico, podemos entubarla, tal como se aprecia en la foto de la figura 11. Figura 11

Esto se usa para alarmas o por ejemplo para subir la puerta del garaje al encender las luces. En fin; Dejamos a la imaginación de cada uno una infinidad de posibilidades a partir de un circuito tan sencillo, pero útil como este. Nota: lea a conciencia hasta entender el funcionamiento del circuito. No lo arme sólo por armarlo. Cuando se tiene claro el funcionamiento de un aparato, no habrá obstáculos al momento de construirlo. En la figura 12 puede observar el diagrama de circuito impreso sugerido para el montaje de nuestro dispositivo. Tenga presente que se trata de un automatismo que puede emplearse para diferentes usos, incluso, con la ayuda de un temporizador (oscilador astable) como el que presentamos

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Automatismo para Jardín y Riego sin Transformador LISTA DE MATERIALES

Figura 12

ICN1 - Conector (ficha) para línea eléctrica (110V / 220V). CN2 - Conector (ficha) para carga (lámpara o cualquier otro aparato hasta 400W). Q1 - 2N3904 - Transistor NPN de uso general. Q2 - 2N2907 ó 2N2907A - Transistor PNP de uso general. Q3 - MOC3021 - Optoacoplador (puede sustituirse por cualquier otro optoacoplador de uso general). Q4 - TIC226D - Triac con disipador (puede ser reemplazado por otro componente de mayor potencia, ver texto). D1 a D4 - 1N5404 - Diodos rectificadores para 3A. D5 - Diodo zener de 10V x 1W. R1 - 330kΩ R2 - 10Ω x 2W R3 - 39kΩ x 5W R4 - 10kΩ R5 - LDR - Fotorresistencia común. R6 - 2,2kΩ R7 - 1kΩ R8 - 390Ω R9 - 100Ω VR1 - Pre-set de 20kΩ C1 - 2,2µF - Capacitor de poliéster de 400V. C2 - 22µF - Capacitor electrolítico de 400V. C3 - 100µF - Capacitor electrolítico de 16V. C4 - 0,1µF - Capacitor cerámico de 50V. Nota: salvo indicación contraria, todas las resistencias son de 1/8W. Varios Placa de circuito impreso, gabinete para montaje, soporte plástico para LDR (ver texto), disipador para Q4, cables, estaño, etc.

en esta misma edición, podemos usarlo para sistema automático de riego. Como es sabido, siempre es conveniente “regar” un jardín en ausencia de sol para evitar que la evaporación rápida del agua “queme” a las plantas o el pasto; es por ello que lo recomendable es el riego en horas del crepúsculo. En base a este principio, cuando se va el sol este dispositivo pondrá en

marcha al temporizador durante un tiempo determinado (una hora por ejemplo) y mientras esté en funcionamiento se podrá regar debido a la acción de una electroválvula que permite el paso del agua, accionada por el temporizador. Cómo podrá comprender, este automatismo puede tener otros usos por lo cual conviene tener un prototipo listo para cuando sea necesario. CAPÍTULO 1: Proyectos con Luces 19

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Para terminar este capítulo, presentamos 10 proyectos de iluminación que pueden ser útiles para diferentes ocasiones. Por razones de espacio no podemos brindar mayores detalles sobre el funcionamiento y armado ni los diseñaos de las placas de circuito impreso, sin embargo, puede obtener cada uno de ellos desde nuestra web: www.webelectronica.com.mx, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave: proyeculb90. También se encuentran en el CD que acompaña a esta obra (vea la página 1).

10 PROYECTOS DE ILUMINACIÓN

ATENUADOR CON POTENCIÓMETRO LÁMPARAS INCANDESCENTES

PARA

Con muy poco dinero y esfuerzo se puede armar este atenuador que permitirá regular el brillo de una o varias lámparas ya sea para la iluminación de un ambiente o para un simple velador o lámpara de pié. El circuito propuesto se muestra en la figura 1 y, a simple vista, se puede comprender que es muy sencillo. El elemento activo de este proyecto es un triac el cual es comandado por el potenciómetro a través del diodo DIAC, que es del tipo 3202. El triac puede ser montado sin disipador para cargas de hasta 100W, pero pasada esa potencia se hace indispensable el uso de uno. El potenciómetro conviene que sea lineal, para que el brillo varíe en forma pareja a lo largo de todo el cursor. El uso de la llave del pote se hace para conmutar la entrada de corriente. Recuerde ser muy precavido 20 Club Saber Electrónica

Figura 1

Figura 2

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monoestable. Luego éste gobierna un Triac, que hace las veces de llave de potencia. Si bien el circuito parece complicado para la función que cumple, si se lo analiza en detalle se notará que es muy sencillo. Está pensado para trabajar con tres hilos (cables) entre los pulsadores y las lámparas (que no deben superar los 100W sin disipar el triac). Así, entre los puntos 1 y 2 se conectan las lámparas y, entre los puntos 2 y 3 se conectan los pulsadores que pueden incluir una lámpara de neón tipo testigo. Esta lámpara testigo se iluminará cuando el circuito esté en espera (las lámparas de iluminación estén apagadas). En tanto entre los puntos 1 y 3 se conecta la tensión de red. Para entenderlo mejor mire en la figura 4 el esquema de instalación. Si donde se va a instalar el circuito hay fase y neutro en todas las bocas o cajas se puede instalar el sistema con sólo un cable (el 2).

Figura 3

Figura 4

dado que está trabajando con la tensión de red sin aislar. En la figura 2 se puede apreciar el dispositivo montado en una pequeña placa de circuito impreso del tipo universal. AUTOMÁTICO

PARA LUZ DE

PASILLO

Ideal para pasillos o escaleras, sobre todo en edificios, este circuito permite mantener una serie de lámparas en paralelo encendidas durante 2 minutos y luego las apaga automáticamente. Es totalmente silencioso por ser de estado sólido y muy fácil de montar. El circuito es bien simple, se muestra en la figura 3 y consta de solo dos elementos activos. El primero es nuestro viejo y querido temporizador 555, el cual esta configurado en nuestro caso como

LÁMPARA

DE

NEÓN

CON

9V DC

Todos sabemos que las lámparas de neón requieren de al menos 180 volt para encender y que, además, esta corriente debe ser del tipo alterna. Para aquellas ocasiones en las que tenemos que encender una lámpara de este tipo pero solo disponemos de una fuente de corriente Figura 5

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos

Figura 6

como una batería o pack de pilas este circuito es ideal. El circuito sugerido se muestra en la figura 5. Utilizando nuevamente el temporizador 555, este circuito no es otra cosa que un oscilador cuya etapa de salida ataca un transformador elevador de tensión obtenido de una radio vieja transistorizada. Este se encarga de elevar la tensión al nivel apropiado para el encendido de una lámpara de neón típica. Los componentes asociados a los pines 7, 6 y 2 determinan la frecuencia apropiada de oscilación. El transformador utilizado en este proyecto no es ni mas ni menos que el disponible en la etapa de salida de una radio con salida push-pull. Nótese que los terminales que originalmente se conectaban a la bocina o parlante ahora van conectados como “primarios” mientras que el antiguo primario ahora es secundario de salida a la lámpara. En caso de querer utilizarlo en el auto este circuito puede alimentarse con 12V sin problema alguno y sin que se deba modificar nada. CIRCUITO

PARA

FLASH SECUNDARIO

Este circuito permite disparar un flash fotográfico partiendo de otro pero sin conectar ningún cable entre ellos. Para lograrlo el circuito dispone de un resistor sensible a la luz LDR el cual cambia de 22 Club Saber Electrónica

valor según la luz presente en el ambiente. De esta forma se logra accionar la electrónica necesaria para disparar el flash al cual se comanda. El circuito, que se muestra en la figura 6, capta la luz por medio del LDR cuya sensibilidad se puede ajustar modificando el cursor del potenciómetro de 1MΩ. Los tres transistores se encargan de entrar en corte/saturación en función a los cambios bruscos de la luz. El tiristor es disparado entonces haciendo brillar el flash. Dado que el circuito responde a cambios violentos de luminosidad se lo puede utilizar tanto en lugares oscuros como iluminados. Sólo se producirá el disparo del flash secundario cuando otro flash (primario) se dispare. EL circuito se alimenta con una batería de 9V la cual en condiciones normales de uso dura hasta 1 año sin problemas. Un LED indica que se encuentra encendido. Todo el equipo se puede armar sobre una placa universal dado la simpleza del mismo y montarlo en un pequeño gabinete plástico. Dado que el tiristor entra en conducción por breves instantes no es necesario dotarlo de disipador. FLASH ESTROBOSCÓPICO

PARA

BAILE

Muy difundido en clubes y discos éste dispositivo genera una sucesión de disparos de flash a alta velocidad que, combinado con penumbra u

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10 Proyectos de Iluminación

Figura 7

oscuridad total, dan un efecto visual de movimiento retardado. También es común verlo por estos días en balizas de emergencias o letreros publicitarios. El circuito propuesto se muestra en la figura 7. El elemento que genera la luz es una lámpara de gas de xenón la cual tiene dos terminales de entrada y un tercero de disparo. Entre los bornes + y - del puente rectificador aparece corriente continua proveniente de la red eléctrica y limitada en corriente por la resistencia de 50W. Esa corriente continua carga los capacitores electrolíticos de 100µF los cuales la hacen circular por la resistencia del potenciómetro y del pre-set. La corriente pasa entonces a la compuerta de disparo del tiristor (por medio de la lámpara de neón) provocando la circulación de tensión a través de este diodo. Esto hace que la corriente se descargue en la bobina de disparo de la lámpara de xenón lo que provoca un flash. Seguido de esto los capacitores electrolíticos comienzan nuevamente a cargarse repitiendo indefinidamente este ciclo. El potenciómetro y el pre-set determinan la velocidad de la secuencia, siendo mayor a medida que se reduce la resistencia de este conjunto. La finalidad de poner por un lado el pre-set y por el otro un pote responde a tener un limitador de la velocidad máxima obtenida. La bobina empleada es una estándar para el disparo de lámparas de este tipo y puede ser adquirida en la misma tienda donde adquiera la lámpara. La resistencia de 50W, que es muy simi-

lar a la de un soldador, debe ser montada fuera de la plaqueta para evitar que la temperatura arruine el fenólico. No es necesario equipar al tiristor con un gran disipador de calor, sirviendo uno del tipo clip como los empleados para los reguladores 78xx. Para ajustar el pre-set bastará con dejarlo al máximo de su recorrido y colocar también el cursor del potenciómetro a su extremo de mayor resistencia. Con ambos elementos en su extremo de mayor valor (que deberían estar formando una resistencia de 1MΩ) encender el flash y poner el potenciómetro al mínimo valor posible. Luego debe ajustar el pre-set cuidadosamente hasta lograr una suerte de fondo de escala que determina la velocidad máxima de destello de la lámpara. INTERMITENTE

PARA

CARTELES

DE ILUMINACIÓN

El circuito que proponemos es ideal para cartelería y para señalización de advertencia o peligro ya que hace titilar una o varias lámparas de 110V / 220V con una capacidad de consumo de hasta 800W. El circuito es mas que simple y se muestra en la figura 8, el capacitor de 400V, el puente rectificador, el diodo zener y el capacitor de 100µF forman la fuente de alimentación, la cual obtiene tensión continua de aproximadamente 9V a partir de la red eléctrica sin transformador. El integrado es, otra vez, nuestro viejo conocido 555; junto a sus CAPÍTULO 1: Proyectos con Luces 23

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos componentes anexos generan el tren de pulsos que, aplicados sobre el optoacoplador, accionan intermitentemente al Triac haciendo que la lámpara encienda y apague continuamente. El Triac puede ser un TIC226D o un 2N6073A. Alterando la resistencia de 100kΩ o el capacitor de 1µF se modifica el Figura 8 tiempo de los destellos. El puente rectificador puede ser construido con cuatro diodos 1N4007 o un puente de 400V por 1A de corriente. El Triac debe montarse sobre un disipador de calor. Todo el circuito funciona conectado a la red eléctrica de 110V o 220V y sin aislación por lo que deben tomarse las medidas de seguridad pertinentes ya que en la placa del circuito tendrá presente la tensión de la red eléctrica. INTERMITENTE

PARA

LED

DE

MUY BAJO CONSUMO

Es posible que muchos se estén preguntando para que quisiéramos poner un circuito integrado y un capacitor para que un simple diodo LED destelle cuando podemos comprarlo directamente intermitente. Es verdad, parece complicarse la existencia sin necesidad. Pero lo cierto es que un LED intermitente consume muchísima mas corriente que uno convencional. Y este circuito que presentamos permite hacer destellar un LED fijo y con tan solo una pila AA de 1.5V pero mas asombroso es que esa pila puede hacer funcionar al LED por aproximadamente un año sin necesidad de reemplazarla. Eso si que es ahorro de energía. El circuito funciona alrededor de un integrado de National Semiconductors, el LM3909 el cual contiene en su interior casi todos los componentes 24 Club Saber Electrónica

necesarios, exceptuando el capacitor que hemos colocado afuera. Con la configuración mostrada en la figura 9 obtendremos una velocidad aproximada de parpadeo de un segundo y una duración de la pila estimada en un año. LUCES AUDIORRÍTMICAS

DE

3 CANALES

Este tipo de iluminación es muy habitual en lugares de baile como clubes y discotecas ya que las luces de diferentes colores y ubicaciones se encienden al ritmo de la música o el audio local y en función al tono del sonido. Con los sonidos graves se pueden accionar luces de un color determinado, azul por ejemplo. Con los sonidos de tono medio se accionarán otras de otro color, podrían ser amarillas. Y con las notas agudas (como la voz humana) se accionaran otras luces que pueden ser verdes. Aunque esto queda a gusto de cada uno.

Figura 9

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Para simplificar su entendimiento dividimos el circuito en tres etapas bien diferenciadas. Por empezar la fuente de alimentación que se encarga de reducir los 110V ó 220V de la red pública a 12V de continua. El circuito de esta fuente se muestra en la figura 10. Figura 10

última etapa amplificadora (A3) la cual se dispone como seguidor de tensión presentando una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, esto dispuesto así para que los tres filtros de la siguiente no interactúen entre sí produciendo mal funcionamiento. Si se desea ingresar la señal de audio proveniente directamente de una bocina o parlante se puede armar una etapa de aislación y adaptación de impedancia como la mostrada en la Figura 12

Con un transformador de 500mA sobra para proveer corriente a todo el sistema, incluyendo los ventiladores de refrigeración, Por otro lado el circuito de entrada presta a dos posibilidades. La primera es un pre amplificador microfónico con una cápsula de electret la cual capta el sonido ambiental, lo amplifica y lo entrega a la siguiente etapa. Este circuito de entrada lo puede ver en la figura 11.

La señal de audio es captada por el micrófono el cual es alimentado por la resistencia de 1,8kΩ. El capacitor de 100nF se encarga de desacoplar la continua dejando pasar sólo la señal de AF. El primer amplificador operacional (A1) se encarga de la preamplificación inicial de la señal cuya ganancia (sensibilidad) se ajusta por medio del potenciómetro de 1MΩ colocado como regulador de realimentación. Una segunda etapa amplificadora (A2) se encarga de elevar un poco mas el nivel de la señal de audio para entregarla a la

figura 12. En este caso la señal de audio, proveniente directamente de una bocina o parlante, ingresa a un potenciómetro que permite regular la sensibilidad. El transformador empleado es uno común empleado en las etapas de salidas de radios a transistores. En su bobinado de alta impedancia entra la señal y sale por el bobinado de baja, produciendo así la aislación necesaria. Recuerde Figura 11 que en el sistema la masa (tierra o GND) se encuentra conectada directamente a uno de los terminales de la red eléctrica lo que implica peligro extremo en caso de realizar una conexión errónea. Seguidamente, la señal de audio adecuadamente amplificada y con la debida impedancia ingresa al módulo de filtrado y accionamiento eléctrico que se muestra en la figura 13. El primer filtro (el de arriba) deja pasar sólo las señales que sean inferiores a 500Hz (sonidos graves) que son amplificadas por el transistor y accioCAPÍTULO 1: Proyectos con Luces 25

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos nan el Triac de potencia haciendo brillar las Figura 13 luces al ritmo de los sonidos de baja frecuencia. El segundo filtro (el del centro) deja pasar las señales cuya frecuencia esté comprendida entre los 500Hz y los 2,5kHz (sonidos medios) que son amplificadas de la misma forma que el módulo anterior y también accionan un Triac para comandar las luces. Por último, el filtro de abajo se encarga de dejar pasar las señales de frecuencias superiores a 2,5kHz, haciendo que brillen las luces al compás de los sonidos agudos. En los tres casos se han dispuesto potenciómetros que se encargan de regular la cantidad de brillo para cada canal de luces. Para realizar el armado, con un ventilador para microprocesadores AMD Athlon (cooler de dos ventiladores) se pueden montar los tres Triacs, cuidando que el terminal de la aleta sea común a los tres componentes, para lograr así una eficiente disipación del calor. En estas condiciones se pueden colgar hasta 1.500W de potencia incandescente sobre cada canal de luces. Para mayor potencia se pueden colocar mas transistores y Triacs en paralelo. Hay que prestar mucha atención al momento de armar el sistema ya que la masa mienda usar diodos de alto brillo para una mejor común, que va desde el micrófono hasta la última visualización. También se puede colocar un LED etapa de potencia en los Triacs, está conectada a indicador de encendido en paralelo con la salida uno de los polos de la red eléctrica por lo que es de la fuente de alimentación, en este caso la resisposible que si no se realizan los aislamientos adetencia deberá ser de 1kΩ. Si se va a utilizar un LED cuadamente se reciban descargas eléctricas. Un intermitente habrá que colocar en paralelo con punto crucial es la cápsula del micrófono que éste un capacitor de 100nF para evitar que el destiene su terminal negativa conectada al recubritello produzca ruidos en los miento metálico. Si no se aísla esa cápsula (coloamplificadores de audio o cándola dentro de una funda termo retráctil o Figura 14 en la mesa de mezcla. dentro de un pequeño gabinete plástico) se Visto de frente, con las inspodría recibir una descarga con sólo tocarla. cripciones visibles y los termiPara señalizar en el frente del gabinete el encennales hacia abajo las conedido de cada canal se pueden colocar diodos xiones del Triac son, de LEDs de diferentes colores directamente en paraizquierda a derecha: lelo con la salida de 110V/220V de cada vía. Para Terminal 1, Terminal 2 y ello se debe colocar a cada diodo LED una resisDisparo (figura 14). tencia limitadora de corriente de 22kΩ. Se reco26 Club Saber Electrónica

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TEMPORIZADOR MICROCONTROLADO

El pequeño artefacto mostrado en la figura 15 enciende la luz del exterior de nuestra casa a determinada hora (a las 20hs, por ejemplo) y la apaga tres horas después de haberlas encendido (siguiendo el ejemplo: a las 23hs). De esta forma no tenemos las luces toda la noche encendidas como sucedería con una célula fotoeléctrica sino que las mantenemos conectadas durante el tiempo que las precisamos en verdad. El centro de esta aplicación lo conforma un microcontrolador PIC12F508, muy pequeño pero potente con un programa cargado especialmente para esta labor. El equipo obtiene su alimentación directamente de la red eléctrica sin necesidad de transformador ni fuente conmutada. El conjunto formado por la resistencia de 50 ohm, el capacitor de 220nF, el zener, el electrolítico y los dos diodos conforman la fuente de este sistema. La resistencia de 1MΩ se encarga de descargar el capacitor de poliéster cuando desconectamos el equipo de la red para prevenir choques eléctricos indeseados. Un pequeño Triac se encarga de comandar la o las luces que pueden o no ser de bajo consumo. Se recomienda no consumir mas de 25W en conjunto con este Triac. Al conectar el equipo a la red el mismo queda

a la espera de la pulsación sobre el pulsador. Al presionar este pulsador iniciamos un conteo que dura once horas. Trascurrido ese tiempo el equipo enciende las luces durante tres horas y luego las apaga durante 21 horas. De esta forma, si presionamos el pulsador a las 9am las luces se encenderán a las 20hs y se apagaran a las 23hs quedando así hasta las 20hs del día siguiente. Gracias a este ingenioso mecanismo no se necesita de pantallas de programación ni cosas raras. Cada vez que presionemos el pulsador la lámpara o el artefacto controlado por este equipo se encenderán durante un minuto indicando la detección de la orden. Al presionar el pulsador se pierde el seteo anterior, por lo que recién dentro de once horas las luces se encenderán. El LED es un indicador de dos significados. Si destella lentamente es indicación de funcionamiento correcto. Si, en cambio, destella a alta velocidad está indicando que se ha cortado la corriente durante nuestra ausencia de casa y por ende será necesario volver a programar la hora de encendido. Se puede descargar el programa para el micro controlador en sus dos versiones Fuente y Compilado ya sea desde el CD que acompaña a esta obra (vea la página 1). Si desea tipear y/o modificar los horarios de activación y permanencia, en la tabla 1 mostramos el programa en “C”.

Figura 15

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Tabla 1 - Programa del Temporizador Microcontrolado // Night Lamp Saver V3.2 // PIC12C508 LP Xtal 32768Hz runs saver.c // The SAVER.C was compiled by PCW PIC C Compiler V2.266 // March 6,1999 // Copyright(C) 1999 W.SIRICHOTE

#include <SAVER.H> #fuses LP,NOPROTECT,NOWDT // must include this line !! // installation test 1 min turn on #define onHour1 8 #define onMin1 0 #define offHour1 8 #define offMin1 1 // daily on/off, say 19:00 to 22:00 #define onHour2 19 #define onMin2 0 #define offHour2 22 #define offMin2 0 // set clock to 8:00 when press set time button once #define setHour 8 #define setMin 0 // rename i/o devices #define LAMP PIN_B0 #define LED PIN_B1 #define KEY PIN_B2 // variables declaration char sec,min,hour,flag1,rate,temp; // Bit assignment of flag1 // mask byte effect // 0x20 installation test on/off(0) // 0x40 compare time enable bit(1) // 0x10 blink disable (1) // 0x01 button pressed (1)

DE

5 CANALES

testOnOff() { if ((flag1 & 0x20) == 0) { if(hour == onHour1 && min == onMin1) { flag1 |= 0x10; // disable blink output_high(LAMP); // on triac } if(hour == offHour1 && min == offMin1) { output_low(LAMP); // off triac flag1 |= 0x20; // disable further test on off flag1 &= ~0x10; // reenable blink } } } compareTimeOn_Off() { if((flag1 & 0x40) != 0) // allow entering only after 8:00 has been set { testOnOff(); if(hour == onHour2 && min == onMin2) { flag1 |= 0x10; // disable further blink output_high(LAMP); // turn lamp on } if(hour == offHour2 && min == offMin2) { output_low(LAMP); // turn lamp off flag1 &= ~0x10; // reenable blink } } }

}

fireLED() { if ((flag1 & 0x10) == 0) // blink only triac is not turned on { temp++; if ( temp == rate) { blink(); temp = 0; } } } chkKEY() { if(input(KEY)==0) {flag1 |= 0x01; // set bit 0 telling key been pressed flag1 |= 0x10; // disable firing LED output_high(LAMP); // turn on lamp when press button } }

main() { setup_counters(RTCC_INTERNAL,RTCC_DIV_32); // [32768/4]/32 = 256Hz output_low(LAMP); output_high(LED); flag1 = 0; rate = 1; temp = 0; tmr0 = 0; hour = 18; min = 0; sec = 0;

setTime() { if ((flag1 & 0x01) != 0) //input(KEY)==0) { hour = setHour; min = setMin; sec = 0; flag1 |= 0x40; // enable compare time flag1 &= ~0x20; // reenable test on off flag1 &= ~0x01; // clear key press bit rate = 5; } }

time() // update clock every 1 second { sec++; if ( sec >= 60) { sec = 0; min++; if ( min >= 60) { min = 0; hour++; if ( hour >= 24) hour = 0; }

SECUENCIADOR

output_low(LED); delay_ms(100); output_high(LED);

} }

blink() // turn LED on 100 ms {

Y

2 EFECTOS

El circuito de la figura 16 controla cinco salidas de 110V ó 220V las que pueden conectarse cada una a circuitos de luces que se encenderán secuencialmente. Por medio de un potenciómetro se puede regu28 Club Saber Electrónica

while(1) { while( tmr0 != 0) // while waiting 1sec elapsed check button also chkKEY(); // the following tasks executed every 1 second time(); compareTimeOn_Off(); fireLED(); setTime(); } }

lar la velocidad de desplazamiento y por medio de un interruptor se puede seleccionar el efecto (IDA ó IDA y VUELTA). El circuito esta formado por un divisor por 10, un oscilador transistorizado, la etapa de actuación de potencia y la fuente de alimentación. A cada pulso en la pata 14 el integrado avanza un paso

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Figura 16

en las terminales (el orden es: 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11, en ese orden, y luego repite). Si se aplica un pulso en la pata 15 el integrado vuelve a comenzar desde el terminal 3, por lo que el interruptor en posición I, cuando la cuenta llega al terminal 1 reinicia y, cuando el interruptor esta en I/V la cuenta se efectúa completa. Los diez diodos 4148 hacen que la corriente solo

vaya del integrado a las bases y no vuelva de regreso cuando se pasa de vuelta o de ida. Si se colocan capacitores en las bases de los transistores de valores que pueden rondar los 47µF (este valor debe ser experimentado) se logra un efecto de apagado suave (dimmer) muy agradable a la vista. Mientras mas alto el valor de estos capacitores mas tiempo permanecerá encendido el canal y mas suave será Figura 17 el apagado. En la figura 17 se puede observar el diagrama de pines de los semiconductores empleados en este proyecto. CAPÍTULO 1: Proyectos con Luces 29

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C APÍTUL O 2: P ROYECTOS P ARA A L ARMAS La preocupación por los bienes propios es una constante de estos tiempos. Siendo así, el lector que tiene la posibilidad de incorporar a su residencia un sistema de alarma, obtiene, sin duda , una ventaja respecto de quienes no pueden hacerlo. En esta nota describimos una sencilla pero efectiva central de alarma.

ALARMA TEMPORIZADA INTRODUCCIÓN La preocupación por los bienes propios es una constante de estos tiempos. Siendo así, el lector que tiene la posibilidad de incorporar a su residencia un sistema de alarma, obtiene, sin duda, una ventaja respecto de quienes no pueden hacerlo. El proyecto que se presenta en este artículo es el de una alarma con sensores de hilo (cables), económico y eficiente. Es alimentado por una batería de 9V y este circuito dispara una sirena cuando se interrumpe

Figura 1

uno de los sensores. La alarma permanece en funciones durante un tiempo determinado, después del cual su consumo de corriente se reducirá prácticamente a cero. Las características de este dispositivo son: Alimentación: 9V (batería) Consumo de corriente en el estado de espera: 10µA Consumo de corriente (máx.): 150mA. Impedancia de cargas: 4 u 8 ohm. DESCRIPCIÓN

DEL

CIRCUITO

Según se observa en el diagrama de bloques de la figura 1, el circuito es simple y emplea pocos componentes. Se trata de una alarma “completa” que es capaz de emitir un fuerte sonido cuando la misma se dispara. El primer bloque corresponde a los sensores que son, en verdad, alambres finos que conectan los CAPÍTULO 2: Proyectos para Alarmas 31

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Figura 2

puntos y objetos que se quieren proteger, de manera que resultan interrumpidas las conexiones con el más mínimo movimiento. En el estado de espera, los sensores mantienen la continuidad entre el resistor R1 y el polo negativo de la batería, no habiendo polarización para el transistor Q1, lo que hace que el oscilador permanezca desconectado. Cuando se interrumpe el hilo sensor, el capacitor C1 comienza a cargarse mediante R1 y R2, poniendo entonces al oscilador unilateral en operación. A medida que el capacitor se va cargando, la corriente de base de Q1 y la tensión sobre el oscilador irán disminuyendo progresivamente hasta que el oscilador ya no queda en condiciones de funcionar. El tiempo de carga depende de la constante de tiempo (Rl + R2)/C1, más la resistente de entrada presentada por Q1, la resistencia entre bases de Q2, etc. Con los valores de los componentes indicados, la alarma puede sonar durante 3 minutos aproximadamente. Mientras que si cambiamos el capa32 Club Saber Electrónica

citor C1 por uno de l000µF, el tiempo de operación será de 4:30 minutos. El tercer bloque del diagrama representa el circuito de oscilación. Según vimos ya, se trata de un oscilador de relajación con transistor unijuntura, operando en frecuencia de audio. Utilizando los valores provistos en la lista de materiales, el oscilador trabajará en la frecuencia de 4,5KHz aproximadamente. Los lectores interesados podrán experimentar alternando el valor de C2 para modificar el sonido. Observe que C2 debe estar entre 22nF (capacitor cerámico) y 4,7F (capacitor electrolítico), pues así la frecuencia generada estará en la banda de audio (20Hz a 20kHz). En la salida del oscilador tenemos una etapa amplificadora formada por tres transistores en acoplamiento Darlington. Este circuito permite excitar con buena potencia una bocina (parlante) de 4 u 8 ohm, resultando eficiente para las finalidades del proyecto. En lugar de R4 puede colocar un pre-set de 10kΩ y ajustarlo a la frecuencia que mejor crea conveniente para dar el sonido de aviso en caso de disparo.

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Alarma Temporizada Figura 3

LISTA

DE

MATERIALES

Q1 - BD135 - Transistor NPN de media potencia. Q2 - 2N2646 - Transistor unijuntura. Q3 -BC548 - Transistor NPN de uso general. Q4 - TIP31 - Transistor NPN de media potencia. Q5 - 2N3055 -NPN de silicio de alta potencia. C1 - 470µF x l6V - Capacitor electrolítico C2 -47nF - Capacitor cerámico R1 - 82kΩ R2 - 22kΩ R3 - 100Ω R4 - 4k7 R5 - 1k Ω R6 - 2M2 Varios: Batería de 9V, conector para batería, placa de circuito impreso, altoparlante de 8 ohm, llave de contacto momentáneo (S1), interruptor común (S2), disipador para Q5, alambres, soldadura, etc.

El circuito completo de la alarma se ve en la figura 2. Puede hacerse el montaje en puente de terminales, pero el ideal es hacerlo en placa de circuito impreso ya que la alarma debe ocupar el menor espacio posible para que quede camuflada. En la figura 3 se da el diseño de la placa del circuito impreso y la disposición de los componentes. El transistor de potencia (Q5) debe montarse fuera de la placa y debe tener un radiador de calor. Para obtener mayor volumen, utilice un altoparlante de buena calidad y de 10 cm por lo menos.

Verá el lector que damos la colocación de sólo dos sensores en el diagrama (X, y X2), más nada impide que muchas unidades se conecten en serie. Para el montaje de los sensores emplee hilos finos o tiras de papel de aluminio y en ese caso habrá mayor sensibilidad. Esos hilos están fijados a dos puntos, uno en la parte fija y el otro en la parte móvil de la ventana, por ejemplo, y conectados al circuito, principal por medio de hilos comunes de conexión. Para probar la alarma, una los hilos de los dos sensores, apriete S1 y accione S2. Desconectando uno de los hilos sensores, con su interrupción la alarma debe disparar de inmediato emitiendo sonido. Después de un cierto tiempo el sonido irá disminuyendo gradualmente de intensidad hasta parar. Una vez activada, para rearmar la alarma se deben rehacer las conexiones interrumpidas y presionar S1. Comprobando el funcionamiento, puede hacerse la instalación definitiva. CAPÍTULO 2: Proyectos para Alarmas 33

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Uno de los efectos sonoros más llamativos en las películas de la serie "Star Trek" (Viaje a las Estrellas) es el Alerta Rojo, una estridente alarma que suena cuando la nave "Enterprise" se encuentra en peligro. Para los fanáticos de esta serie, o para los que desean un sistema de alarma diferente, va nuestro proyecto: una sirena que produce el mismo sonido del Alerta Rojo

STAR TREK: SIRENA ULULANTE INTRODUCCIÓN Evidentemente, los efectos de explosiones, aparatos electrónicos que se queman y sueltan chispas por todos lados (cosa que en realidad sabemos que no puede ocurrir, pues... ¿para qué existen los fusibles y los circuitos de protección?) llaman la atención en las películas de fantasía científica que muestran viajes espaciales. Pero sin duda, en el caso de la serie "Viaje a las Estrellas", el Alerta Rojo es uno de los favoritos, y es reconocido por cualquiera de sus seguidores. Si el lector desea tener un "Alerta Rojo" en su casa o en su auto, para llamar la atención, para sonorizar un juguete o chasco, o hasta para un espectáculo infantil, su montaje, que es bastante simple, se describe en este artículo.

En nuestro proyecto incluimos una etapa de audio de buena potencia capaz de proporcionar algunos watt a una bocina (parlante) de buen rendimiento, pero nada impide que la salida sea retirada directamente del pin 3 del integrado CI-2 y aplicada a un potente amplificador de audio externo, con capacidad para "alertar" a quien el lector desee. En verdad, si retiramos la etapa de potencia, el circuito puede ser alimentado con tensiones de 5 a 15 volt, lo que abre la posibilidad de utilizarlo de muchas otras formas, como por ejemplo, para efectos especiales en grabaciones. Con la etapa de potencia tenemos un pico de corriente consumida del orden de 1,5 ampere. Sin esa etapa, el consumo cae a algunas decenas de miliamperes. CARACTERÍSTICAS

Figura 1

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* Tensión de alimentación con la etapa de potencia: 12V.

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Star Trek: Sirena Ululante Figura 2

* Tensiones de alimentación sin etapa de potencia: 5 a 15V * Corriente máxima (potencia): 1,5A * Circuitos integrados usados: 2 * Impedancia del parlante: 2 ó 4Ω CÓMO FUNCIONA El sonido característico del alerta rojo, si lo analizamos, nos revela una doble modulación. La primera modulación es por interrupción de un oscilador que pulsa en intervalos regulares. La segunda modulación es en frecuencia cuando el tono de la señal emitida a intervalos crece y se vuelve más agudo antes de desaparecer. Para conseguir eso de modo simple hacemos uso de dos circuitos integrados bastante comunes. Partimos entonces de un oscilador de audio (astable) donde P2, R8, R9, y C2 determinan el tono central del sonido que se producirá. El ajuste fino se hace en el trimpot P2, ya que la tolerancia de los componentes usados impide que el sonido ideal sea obtenido con valores fijos. El integrado 555 tiene una entrada de modulación (pin 5) y una entrada de control (pin 4). Sin embargo, para obtener dos controles usamos la

entrada de modulación y el propio capacitor de temporización. Así, las interrupciones se obtienen generándose una señal de baja frecuencia a partir de CI-1 (astable 555) y aplicándola vía el transistor Q2 al capacitor C2. Cuando el transistor va a saturación (nivel alto de salida ) el capacitor C2 es cortocircuitado, interrumpiéndose las oscilaciones. Eventualmente R7 debe ser reducido en caso que el efecto no se obtenga en función de la ganancia del transistor; se admiten valores hasta 22Ω. La modulación en frecuencia se obtiene de modo suave aplicándose la señal diente de sierra de la carga de C1 vía transistor Q1 al pin 5 del circuito integrado CI-2. La profundidad de esta modulación puede ser alterada modificando R4 y R6. La intermitencia que determinará el realismo del efecto deberá ser ajustada en el trimpot P1. La señal final de audio que tiene una forma de onda más o menos como la mostrada en la figura 1, es aplicada a una etapa de potencia que, para mayor simplicidad consiste en un transistor Darlington TIP120. Este transistor consigue excitar directamente con buen rendimiento un parlante de 2 ó 4Ω. CAPÍTULO 2: Proyectos para Alarmas 35

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Obtenemos entonces el efecto final que es un sonido alto y claro que imita el Alerta Rojo. MONTAJE En la figura 2, tenemos el diagrama completo de nuestro aparato. La disposición de los componentes en una placa de circuito impreso se muestra en la figura 3 en la que también puede apreciar el impreso visto desde el lado del cobre. LISTA DE MATERIALES CI-1 y CI-2 - 555 - Circuito integrado. Q1 - BC558 - Transistor PNP de uso general. Q2 - BC548 - Transistor NPN de uso general. Q3 - TIP120 - Transistor NPN Darlington. D1 - 1N4148 - Diodo de silicio de uso general. P1 y P2 - 47k - Pre-set. PTE - bocina (parlante) de 2 ó 4Ω x 10 cm. R1 y R8 - 4k7 R2 - 33kΩ R3 - 10kΩ R4 - 1k Ω R5 - 4,7kΩ R6 y R10 - 2,2kΩ R7 - 470Ω R9 - 82kΩ C1 - 47µF x 12V - Capacitor electrolítico. C2 - 10nF - Capacitor cerámico o de poliéster. C3 - 100µF x 12V - Capacitor electrolítico. VARIOS: Placa de circuito impreso, caja para montaje, zócalos para los integrados, cables, estaño, disipador de calor para el transistor, etc.

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Figura 3

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Star Trek: Sirena Ululante

Es necesario usar un buen disipador de calor para el transistor de potencia. Los trimpots o presets son del tipo vertical para montaje en placa, pero nada impide que el lector convierta su aparato en una central de efectos cambiando los trimpots por potenciómetros instalados en el panel de la caja que aloja al conjunto. Para los integrados sugerimos la utilización de zócalos DIL de 8 pines. Los capacitores electrolíticos deben tener una tensión de trabajo de por lo menos 12V. Los resistores pueden ser de 1/8W ó 1/4W con 5 a 20% de tolerancia y C2 puede ser tanto cerámico como de poliéster. Los transistores Q1 y Q2 admiten equivalentes así como Q3, que también puede ser TIP121 ó TIP122. Para menor potencia

ALARMA

también se pueden usar los TIP31 ó TIP41 en cuyo caso R10 debe ser reducido a 1k. El parlante debe ser de por lo menos 10 cm con una potencia superior a los 5 watt y para mayor rendimiento deberá ser instalado en una pequeña caja acústica. PRUEBA

Y

USO

Para probar basta conectar la unidad a una fuente que pueda suministrar por lo menos 1 ampere (con parlante de 4Ω) y se ajusta el sonido para el que más se acerque al Alerta Rojo, accionando P1 y P2. Eventualmente podemos reemplazar R7 para acercarnos más al sonido deseado.

DE

NIVEL

Este aparato hace sonar un buzzer de modo intermitente en caso de que el nivel de agua de una pecera disminuya a un valor peligroso, sea esto por vaciamiento u otros problemas, incluso evaporación. Para el monitoreo de distintas peceras o reservorios de agua pueden conectarse varios sensores en serie. La inclusión de un relé permite la activación de un aparato mientras la alarma esté activada.

INTRODUCCIÓN El equipo descrito atiende los pedidos de lectores aficionados al tema que desean un monitoreo electrónico de su pecera, con la finalidad de alertarlos sobre una eventual caída en el nivel de agua, lo que puede producirse por un vaciamiento, que pondría en riesgo la vida de los

peces, o por una evaporación natural, caso en que sólo bastaría completar el nivel de agua para solucionar el problema. El circuito puede alimentarse con pilas comunes, y en la condición de reposo su consumo es extremadamente bajo (0,5mA), lo que garantiza la durabilidad de la fuente por meses, aun con funcionamiento continuo. CAPÍTULO 2: Proyectos para Alarmas 37

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos

Figura 1

CARACTERÍSTICAS Las características de este dispositivo son las siguientes: * Tensión de alimentación: 6V o 9V (pilas o batería) * Corriente en espera: 0,5mA * Corriente en contacto: 15mA FUNCIONAMIENTO El montaje es bastante sencillo ya que se utiliza sólo un circuito integrado. La corriente en el sensor es absolutamente inofensiva para la vida en la pecera debido a que, por el agua, circulan billonésimas de amperes. El circuito integrado 4093B está formado por cuatro puertas NAND disparadoras que pueden conectarse en diversas configuraciones a fin de operar como inversores, osciladores y amplificadores digitales. En este proyecto se aprovechan estas tres funciones. Así, la primera puerta (CI1a) se utiliza como inversor, de modo tal que cuando el sensor se mantiene en corto y la entrada en el nivel alto, la salida se mantiene en el nivel bajo. El sensor consiste en dos cables desnudos en 38 Club Saber Electrónica

contacto con el agua hasta el nivel en que Ud. crea necesario que se produzca el disparo. Precisamente, en el nivel de disparo, el sensor se comporta como un circuito abierto, y la entrada de CI1a va hacia el nivel bajo (por medio de R1) llevando la salida de esta compuerta lógica al nivel alto. LISTA

DE

MATERIALES

Q1 - BC458 - Transistor NPNCI1 - 4093B - circuito integrado CMOS R1 - 4,7MΩ R2 - 1,5MΩ R3 - 47kΩ C1 - 470nF - capacitor cerámico. C2 - 47nF - capacitor cerámico. C3 - 10µF - capacitor electrolítico x 25V. X1 - Sensor - ver texto. RL1 - Relé de 6V para circuitos impresos. BZ - Buzzer piezoeléctrico. S1 - Interruptor simple B1 - 6V - 4 pilas pequeñas, o 9V - batería. VARIOS: Placa de circuito impreso, soporte para pilas o conector de batería, caja para montaje, material para el sensor, zócalo para el circuito integrado, cables, soldadura, etc.

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Alarma de Nivel

Figura 2

La compuerta CI1a, a su vez, controla dos osciladores formados por las puertas CI1b y CI1c y sus componentes asociados. El primero, CI1a, opera en una frecuencia muy baja, dada por C1 y R2, y que corresponde a la modulación de la señal. El segundo, formado por CI1c, genera un tono de audio. Combinando las señales en CI1d se obtiene un tono modulado que es amplificado digitalmente para excitar el transductor piezoeléctrico BZ. Así, cuando el sensor abre, tenemos la emisión de bips con buena potencia, avisando que el

nivel de agua cayó por debajo del valor permitido. La inclusión de un filtro (R4 y C3) permite la activación de un transistor que conmuta los contactos del relé RL1, los que podrán comandar cualquier aparato. En la condición de espera la corriente es muy baja y, cuando los osciladores están en funcionamiento, el consumo está en el orden de los 5mA. El tono generado es lo suficientemente alto como para ser oído desde una buena distancia. La figura 1 muestra el diagrama completo de la alarma y en la figura 2 aparece la disposición de los componentes en una pequeña placa de circuito impreso. Todo el conjunto cabe fácilmente en una cajita plástica, conjuntamente con el transductor BZ y las pilas pequeñas. El transductor es del tipo Metaloplástica y el sensor consiste en dos cables con las puntas desnudas fijadas al nivel en el que se desea el disparo. COMPROBACIÓN

Y

PRUEBA

La prueba de funcionamiento es sencilla: colocando las pilas en el soporte, con el sensor abierto, deberá producirse el sonido; con las puntas de los cables del sensor en contacto con el agua, deberá detenerse. Verificado el funcionamiento sólo resta efectuar la instalación definitiva del aparato. Para más de una pecera, los sensores pueden ser conectados en serie. No existe límite para la cantidad de sensores a utilizarse. CAPÍTULO 2: Proyectos para Alarmas 39

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Este proyecto se trata de un automatismo para quien posee piscinas o tanques en casa y teme que los niños puedan caer en ellos cuando nadie los observa. Consiste en una alarma que dispara una sirena o chicharra en caso que el agua se agite repentinamente debido a la caída de un cuerpo de buen tamaño. El sistema es sencillo, eficiente, y representa un consumo de energía pequeño

ALARMA

DE

PARA

INTRODUCCIÓN

PISCINAS

La existencia de tanques, piletas de natación o piscinas en propiedades donde hay niños trae siempre una preocupación: una eventual caída cuando nadie está observando. Una alarma que funcione con la agitación momentánea del agua es una buena solución para este tipo de problema. El circuito que proponemos activa un relé que, a su vez, alimenta por un tiempo preajustado una chicharra o sirena de buena potencia. El consumo de la alarma en la condición de espera es extremadamente bajo y, como el sensor funciona con sólo 6V (hasta 12V es la alimentación que sugerimos), no existe el mínimo peligro de choques en caso de un eventual contacto con el agua o los sensores. El montaje y la instalación son simples, pudiendo hacerse con poco trabajo. El sensor será instalado en la pileta de natación cuando nadie la esté usando, lo que facilita bastante su operación. 40 Club Saber Electrónica

SEGURIDAD

El escaso dinero invertido en su montaje ciertamente será compensado por la seguridad y tranquilidad que se obtienen. Alimentando el aparato con 4 pilas medianas o grandes podrá quedar conectado por días seguidos durante semanas. No hay secretos para el montaje de este aparato y su funcionamiento es muy fácil de entender. FUNCIONAMIENTO

DEL

CIRCUITO

Se trata de un monoestable con un integrado 555. En esta configuración el capacitor C1 y el ajuste de VR1 y R4 determinan por cuánto tiempo tendremos una tensión positiva en la salida del integrado, que corresponde al pin 3. Así, para dispararlo bastará hacer que la tensión del pin 2 caiga a menos de 1/3 de la tensión de alimentación. En las condiciones de espera la tensión en la salida del integrado es 0V y la entrada del pin 2,

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Alarma de Seguridad para Piscinas Figura 1

que corresponde al disparo, es positiva gracias al resistor de 2M2(R1). El sensor presenta una resistencia de muchos MΩ cuando está fuera del contacto con el agua. Este sensor consiste en dos cables con las puntas peladas en contacto con el agua. Cuando se produce el movimiento u ola provocada por la caída de un cuerpo, los contacto que representan los alambres del sensor hace que la resistencia presentada caiga algunas decenas o incluso centenares de kΩ, lo que es suficiente para hacer que la tensión en el pin 2 caiga, al punto de provocar el disparo del monoestable.

La tensión en la salida del integrado sube, entonces, por un tiempo de algunos minutos (el tiempo es ajustado en VR1). Esta tensión polariza, en dirección a la saturación, al transistor Q1, un BC548, que energiza la bobina de un relé. Los contactos del relé son utilizados para controlar la alimentación de alta tensión de una chicharra o sirena de hasta 2A de corriente, lo que significa mucho ruido. Como los contactos están completamente aislados del circuito, la alta tensión que alimenta a la chicharra o sirena no aparece en ningún punto del circuito de control, lo que garantiza la total seguridad del sistema. MONTAJE

Figura 2

En la figura 1 tenemos el diagrama completo de esta sencilla alarma y en la 2, su montaje utilizando una placa de circuito impreso.

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Esta disposición permite que se experimente el circuito primero en una matriz y, si le agrada el comportamiento del mismo, pase los componentes en montaje definitivo a la placa. Los resistores son todos de 1/8 ó 1/4W y el capacitor electrolítico debe tener una tensión de trabajo de 6V a 12V. Su valor puede ser reducido a 100µF en caso que desee un menor tiempo de accionamiento de la chicharra o sirena. VR1 es un trimpot y su valor no es crítico, pudiendo tener entre 220kΩ y 1MΩ. Valores más elevados permiten la obtención de mayores tiempos de accionamiento para la alarma. El transitor puede ser cualquier NPN de uso general, como los BC547, BC548, BC549, BC237, BC238, BC239, etc. El diodo en paralelo con el relé es de uso general de silicio y tiene por función proteger el transistor contra las altas tensiones generadas en la bobina del relé en el momento de la conmutación. El sensor, conectado en los puntos A y B (que, en verdad, es un puente de terminales con tornillos) consiste en dos cables rígidos pelados colocados en el borde de la pileta pero sin tocar el agua, según muestra la figura 3. Este sensor deberá ser fijado en una tabla de modo que los cables pelados queden a unos 2 ó 3 centímetros por encima de la superficie calma del agua para que, con pequeñas ondas, pueda ser alcanzado y así accionar el circuito. El cable de conexión del sensor al circuito puede ser común paralelo, con hasta 10 m de largo. PRUEBA

Y

LISTA

DE

MATERIALES

CI-1 - 555 - circuito integrado - timer Q1 - BC548 ó equivalentes - transistor NPN de uso general D1 - 1N4148 - diodo de silicio de uso general K1 - microrrelé para 6V - MC2RC1 - Metaltex P1 - 470k - trimpot S1 - interruptor simple B1 - 6V - pilas R1 - 2M2 R2 - 10kΩ R3 - 1kΩ C1 - 470µF - capacitor electrolítico VARIOS: Caja para montaje, soporte de pilas, placa de circuito impreso, puente de 4 terminales con tornillos ó 2 puentes de 2 terminales con tornillos, sensor, cables, estaño, etc.

de ajustar VR1 para el menor tiempo (VR1 con la mínima resistencia). Tocando por un instante con los sensores en el agua, o incluso tocando con los dedos en estos elementos, debemos oír el chasquido de cierre del relé y, después de algún tiempo, el chasquido de su abertura. Comprobado el funcionamiento sólo resta hacer su instalación, utilizando los contactos del relé como interruptor para el sistema de aviso, que puede ser el que usted prefiera (sonoro, lumínico o

USO

Para la prueba, basta conectar el sensor en los terminales y colocar las pilas en el soporte. Accione SW1 después 42 Club Saber Electrónica

Figura 3. El sensor debe instalarse en el borde de la pileta, pero de modo que los cables no toquen el agua.

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Alarma de Seguridad para Piscinas

ambos). Los cables del sector de alta tensión deben ser todos bien recubiertos y quedar lejos del alcance de las personas. El sensor deberá será recogido cuando la piscina esté en uso y sólo será colocado cuando la misma esté con el agua tranquila, sin agitación ninguna. Colóquelo de modo que quede a uno o dos centímetros por arriba de la superficie del agua.

OTROS USOS

Este mismo circuito también tiene otras utilidades. Podemos usarlo como alarma de inundaciones, avisando cuando el agua sube por encima de cierto nivel en un sótano. En este caso, en lugar de la sirena también puede ser accionada automáticamente una bomba de agua que desagüe el lugar.

EFECTOS SONOROS PARA SISTEMAS DE SEGURIDAD

En materia de audio y efectos sonoros, una de las cosas más interesantes que podemos hacer con circuitos osciladores es combinarlos para producir una modulación de sonidos. Son innumerables los sonidos que podemos obtener y que permiten poner en acción toda la creatividad. Podemos imitar sirenas, pitos de fábricas, bocinas, sonidos especiales, cantos de pájaros, etc. El circuito que proponemos es ideal para instalar en sistemas de seguridad cuando desea generar diferentes sonidos en función del aviso que desea dar. INTRODUCCIÓN El circuito que proponemos es una “verdadera central de efectos sonoros” que utiliza tres osciladores unilaterales asociados e interdependientes entre sí. Eso significa que además de los controles normales de frecuencia, modulación y volumen, tenemos también el ajuste de profundidad de modulación.

FUNCIONAMIENTO El principio básico de funcionamiento de nuestro aparato es simple: dos osciladores operando en baja frecuencia para modulación y otro en una frecuencia más alta para el sonido propiamente dicho, según se ve en la figura 1. El oscilador principal (Q3) genera una señal en la frecuencia de audio. Por la influencia de Q2 este

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Figura 1

sonido será modulado en la frecuencia relativa a la combinación de los potenciómetros P5, P4, P2 junto con el condensador C2, entonces la señal obtenida se modulará nuevamente mediante Q1, que opera en una frecuencia más baja que Q2. El resultado será un sonido compuesto, "bimodulado" en frecuencia, que podrá proporcionar efectos sonoros bastante interesantes para fiestas o grabaciones. Los lectores interesados podrán experimentar LISTA DE MATERIALES Q1. Q2, Q3 - 2N2646 - Transistores unijuntura. Q4 - BC548 o equivalente - Transistor NPN. Q5 -BC337 - Transistor NPN. Q6 -BC327 - Transistor PNP. D1, D2 - 1N4148 - Diodos de uso general. C1, C4 - 10µF x 16V - Capacitores electrolíticos. C2 - 47nF - Capacitor cerámico. C3, C5 - 100pF - Capacitores cerámicos. C6 - 100µF x 16V - Capacitor electrolítico. C7 - 470µF - Capacitor electrolítico. R1, R2, R3 - 470Ω

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alternando los valores de C1, C2 y C3 para modificar el sonido y los efectos deseados. Observe que debe elegirse C3 de modo de seleccionar frecuencias en la banda de audio (20Hz a 20kHz) y que los capacitores, en orden creciente de valores, son: C3, C2 y C1. La señal modulada parte directamente del emisor de Q3 y llega a la entrada de un circuito amplificador que utiliza como base el transistor BC337 y su complementario, el BC327. R4 - 120kΩ R5 - 1kΩ P1 - Potenciómetro de 22kΩ P2, P6 - Potenciómetros de 100kΩ P3 - Potenciómetro 47kΩ P4 - Potenciómetro 33kΩ P5 - Potenciómetro de 4k7 Varios Placa de circuito impreso, parlante de 8Ω, interruptor común (S1), alambres, perillas para los potenciómetros, estaño, etc.

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Efectos Sonoros para Sistemas de Seguridad Figura 2

Figura 3

En la figura 3 se ve el diseño de la placa del circuito impreso y la disposición de los componentes. Debido a la simplicidad del circuito, el montaje no ofrece grandes dificultades ni siquiera a los menos experimentados. Debe tenerse cuidado con la soldadura de los transistores, capacitores y diodos, que no podrán invertirse ni cambiarse. Para la bocina o parlante la única exigencia es que la impedancia sea de 8 ohm. Para mejor volumen y calidad de sonido recomendamos los que tienen por lo menos 10 cm. Puede emplear un amplificador si desea que el sonido generado sea de mayor potencia. De esa manera, nuestra central de efectos sonoros permitirá excitar, con buena potencia, un altoparlante de 8. MONTAJE El circuito completo del aparato se muestra en la figura 2.

PRUEBA

DE

FUNCIONAMIENTO

Hecho el montaje, la prueba del funcionamiento es muy sencilla: conecte la alimentación, accione S1 y ponga los potenciómetros a voluntad, verificando que todos trabajen y oiga cómo varían los sonidos. Haga experiencias para llegar a conocer la actuación de los controles. CAPÍTULO 2: Proyectos para Alarmas 45

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C APÍTUL O 3: I NSTRUMENTOS E LECTRÓNICOS Presentamos en este artículo un proyecto de gran utilidad para el técnico y el estudiante. Posee dos salidas, y proporciona una señal modulada en amplitud en la banda de ondas medias, que sirve para la calibración de radios. En la otra salida tenemos una señal rectangular de audio que sirve tanto para pruebas y detección de fallas como para excitación de circuitos CMOS.

GENERADOR DE SEÑALES PARA CALIBRACIÓN Y PRUEBAS EN RF

INTRODUCCIÓN Con este aparato podemos generar una señal de RF modulada y una señal rectangular en la banda de audio, permitiendo su aplicación en los siguientes casos: * Como inyector de señales en la prueba de radios amplificadores; * Como generador para la calibración de etapas de FI y de radios de AM; * Como probador de componentes CMOS; * En la prueba de amplificadores de audio con verificación de su linealidad y sensibilidad. * En la prueba de pequeños transductores de alta y mediana impedancia. FUNCIONAMIENTO Tiene tres bloques que pueden analizarse separadamente, como podemos observar en el dia-

grama esquemático de la figura 1. El primero consiste en la fuente de alimentación estabilizada que tiene por base un transformador reductor de tensión, un rectificador en onda completa y un integrado regulador (7812). Este integrado puede proporcionar 12V bajo corriente de hasta 1A, pero el consumo de corriente del aparato es bastante menor. El LED1, conectado después del rectificador, sirve para indicar el funcionamiento del aparato. Las señales de alta frecuencia, en la banda de ondas medias y FI, son generadas por la bobina L1 y por CV, que, en conjunto con Q1, forman un oscilador Hartley. Este oscilador proporciona una señal de buena potencia que puede hasta ser irradiada hacia receptores cercanos, sin necesidad de un acoplamiento directo. Para el caso más simple, el acoplamiento puede hacerse por algunas espiras de alambre común alrededor de una radio. En CV podemos ajustar la frecuencia de operación. Una escala calibrada puede ayudar bastante en la determinación del punto de CAPÍTULO 3: Instrumentos Electrónicos 47

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Figura 1

operación. Para elaborar esta escala basta tomar como referencia una radio común. La modulación de la señal para esta etapa viene de un oscilador CMOS que tiene por base el integrado 4011. Las cuatro puertas NAND de este integrado se usan como inversores, de las cuales 3 forman la configuración osciladora. La frecuencia del oscilador está dada por C4 y los resistores asociados a la malla de realimentación. Como uno de ellos es variable (P1), tenemos un control de la frecuencia producida en una amplia banda de valores. La LISTA DE MATERIALES CI - 1 - µA7812 - Circuito integrado regulador de tensión. CI - 2 - CD4011 - Circuito integrado CMOS. Q1 - BF494 ó equivalente - Transistor NPN de uso en RF D1, D2 - 1N4002 ó equivalentes - Diodos rectificadores. LED 1 - LED rojo común. F1 - 1A - Fusible. S1 - Interruptor simple. S2 - Llave de tensión 110/220V. T1 - Transformador de 110/220V a 12 +12V x 500mA. L1, L2 - Bobinas osciladoras - ver texto. CV - Capacitor variable para radios AM de dos secciones ver texto.

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señal de este oscilador pasa por la cuarta puerta, que funciona como inversor y buffer, que la entrega a la salida 2, donde hacemos uso como inyector de señales, llevándola también a la base de Q1 vía R5 para producir la modulación. El valor de R5 determina la profundidad de la modulación, pudiendo ser alterado en una amplia gama de valores. La señal obtenida en la salida 2, por ser rectangular, es rica en armónicas, lo que permite su uso en la prueba tanto de circuitos de radio como hasta incluso en RF. P1 - 100kΩ - Potenciómetro simple. R1 - 1k5 R2, R4, R5 - 22kΩ R3 - 10kΩ R6 - 47 Ω C1 - 1000µF - capacitor electrolítico C2 - 10µF - capacitor electrolítico C3 - 10nF - capacitor cerámico C4 - 47nF - capacitor cerámico Varios: Placa de circuito impreso, caja para montaje, alambres blindados, bastón de ferrite, radiador de calor para el integrado, soldadura, etc.

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Generador de Señales para Calibración y Pruebas en RF Figura 2

El variable CV puede ser de cualquier tipo para radios de ondas medias con capacidad máxima alrededor de 200pF. Eventualmente puede ser necesario asociar las dos secciones de ondas medias de modo de llegar en las frecuencias más bajas, 455kHz por ejemplo, para el ajuste de FI en las radio de FM o en equipos de comunicaciones. PRUEBA

MONTAJE La placa de circuito impreso para el montaje de este instrumento aparece en la figura 2. El transformador usado en la fuente tiene bobinado primario de dos tensiones (o bien de acuerdo con la red local) y el secundario de 12 + 12V x 500mA, o de 15 + 15V x 500mA. En verdad, las corrientes por encima de 250mA serán suficientes para alimentar todo el circuito. El integrado CI-1 deberá ser montado en un pequeño disipador de calor. Los capacitores C3 y C4 deben ser cerámicos de buena calidad. La bobina L1 se hace de la siguiente manera: enrolle en un bastón de ferrite 120 espiras de alambre esmaltado de 28AWG (0,3211mm. de diámetro). El bastón debe tener de 10 a 30 cm. de largo, con diámetro aproximadamente de 1cm. La toma de este bobinado se hace en la espira número sesenta (60). L2 está constituida por 15 espiras del mismo alambre enrolladas sobre L1, como sugiere el dibujo en la placa de circuito impreso. Esta bobina debe fijarse en la placa por medio de abrazaderas plásticas.

DE

FUNCIONAMIENTO

Para verificar el funcionamiento del aparato será conveniente disponer de una radio de transistores que sintonice la banda de ondas medias. Conéctele en una frecuencia libre en el extremo inferior de la banda. Conectando en la salida 1 un cable y una bobina de acoplamiento, sintonice el generador de modo que su señal sea captada en la forma de un silbido. Después inyecte la señal de la salida 2. Esto se puede hacer en la propia antena, caso en que la misma no será sintonizada y tendrá menor intensidad, o bien en el potenciómetro de volumen, caso en que la misma será pura y debe ser reproducida con buena intensidad en el parlante. Para ajuste de radios AM, use la salida 1 y ajuste el trimer de antena y el núcleo de la bobina osciladora en los dos extremos de la banda de ondas medias. Después vuelva a hacer el ajuste de las bobinas de FI. Para verificación de equipos de audio, use la salida 1, inyectando la señal directamente en la entrada del aparato a prueba. Puede agregarse un potenciómetro de 10kΩ a esta salida en caso de desear un control de la intensidad de la señal. En esta misma salida 2 tenemos señales compatibles con circuitos CMOS para pruebas diversas. El ajuste de la tonalidad del sonido generado se hace en P1. CAPÍTULO 3: Instrumentos Electrónicos 49

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Las fuentes de alimentación suelen ser reguladas y regulables en tensión, pero generalmente no es posible ajustar la máxima corriente que pueden entregar antes que actúe la protección. Para tareas de investigación y desarrollo, contar con esta propiedad es fundamental, así se puede evitar la destrucción de componentes por errores de diseño. La fuente que presentamos entrega tensiones comprendidas entre 0V y 18V con corrientes máximas ajustables desde algunos cientos de miliampere hasta 2 ampere aproximadamente.

FUENTE REGULADA DE 0V A 18V CON CONTROL DE CORTOCIRCUITO INTRODUCCIÓN Como todos sabemos, esencialmente, una fuente consta de 3 bloques (figura 1), que son: a) Rectificador: convierte tensión alterna en una forma de onda pulsante de componentes alternas y continuas. b) Filtro: convierte la corriente continua pulsante en continua constante c) Regulador: establece niveles de tensión adecuados por medio de un control específico manteniendo la tensión o la intensidad regulada. La función del regulador es contrarrestar la inestabilidad de la fuente frente a variaciones de tensión de 50 Club Saber Electrónica

Figura 1

Figura 2

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Fuente Regulada de 0V a 18V con Control de Cortocircuito

Figura 3

entrada, o de las características de la carga. Funciona como un sistema de control que compara el parámetro electrónico deseado en la carga con uno de referencia y efectúa los cambios necesarios para compensar las variaciones de la fuente y las debidas a la carga. Su tiempo de respuesta es finito y posee un error en la estabilidad que es función de la ganancia del lazo de realimentación. Un diagrama de bloques de un sistema regulador se muestra en la figura 2. LISTA

DE

MATERIALES

Q1 - BC548B - Transistor NPN Q2 - BD139 Q3 - TIP 41A ó 2N3055 con disipador (ver texto). D1, D2 - 1N5404 - Diodos rectificadores D3 - Zener de 18V x 1W VR1 - Potenciómetro de 500Ω VR2 - Potenciómetro de 50kΩ R1, R4 - 0,22Ω x 5W R2 - 330Ω R3 - 1kΩ C1- 2200µF - Electrolítico x 25V C2 - 220µF - Electrolítico x 25V VARIOS: Transformador (T1) con primario de acuerdo a la red local y secundario de 18V + 18V x 3A, cables, placa de circuito impreso, soldadura, conectores, gabinete, etc.

FUNCIONAMIENTO

DE LA

FUENTE

Nuestra fuente (figura 3) incluye un circuito limitador de corriente, el cual evitará que se dañen los componentes de la misma en caso de un cortocircuito o una carga excesiva en la salida. Puede proporcionar tensiones de 0 a 18 Volt con corrientes hasta 2 Ampere. Se debe tener en cuenta que el transistor Q3 puede ser reemplazado por un 2N3055 si se quiere obtener una corriente máxima de salida de 3A y que sea cual fuere el transistor colocado, debe ir provisto de un disipador de calor adecuado. Cabe aclarar que es posible ajustar la corriente máxima capaz de ser entregada por la fuente y así poder alimentar equipos (cuando se conoce su consumo) que no funcionan sin riesgos de “quemar” otras partes por exceso de corriente. Contar con un limitador de corriente ajustable muchas veces es muy útil, especialmente en circuitos digitales. El limitador está formado por VR1, R2, R4 y la juntura base emisor del transistor Q1. Cuando la caída de tensión en las resistencias limitadoras supera un determinado valor, dado por la corriente que circula por la carga, la porción de VR1 en paralelo con la juntura base-emisor del transistor hace que el transistor se sature, por lo tanto, no habrá tensión en el zener y así la corriente de salida será nula. CAPÍTULO 3: Instrumentos Electrónicos 51

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos CALIBRACIÓN DEL LIMITADOR DE CORRIENTE DE LA FUENTE Para calibrar el limitador de corriente a un determinado valor, o bien se cuenta con un amperímetro adecuado o se procede de la siguiente manera, supongamos querer ajustar el límite de corriente en 2A: 1) Colocar el potenciómetro VR1 totalmente hacia el extremo que está conectado al Zener. 2) Ajustar mediante VR2 la tensión de salida a 2V. 3) Colocar entre los terminales de salida una resistencia de 1Ω x 5W . La tensión de salida de inmediato caerá a 0V. 4) Mover lentamente VR1 hasta que la salida alcance nuevamente los 2V. MONTAJE

DE LA

FUENTE

En la figura 4 tiene una sugerencia para el circuito impreso que servirá para montar la fuente. La disposición de los componentes sobre la placa de circuito impreso no reviste consideraciones especiales, pero tenga en cuenta que para poder ajustar tanto la tensión como la corriente máxima para que se produzca el cortocircuito, los potenciómetros VR1 y VR2 deben ubicarse en el gabinete, de modo que se puedan regular por medio de perillas. El transistor de potencia requiere un disipador apropiado. Tenga en cuenta que la corriente máxima que puede entregar la fuente estará limitada en 2A.

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Figura 4

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Indicador de Tensión de Red Contar con un aparato que indique si la tensión de red está dentro de los valores "normales", puede resultar muy útil para no exponer determinados equipos electrónicos a que sufran daños irreparables. Es el caso de las PC, cuya fuente puede quemarse si se la alimenta con tensiones inferiores a los 200V o si la tensión es excesiva. En este artículo, proponemos el armado de un sencillo y económico indicador de tensión.

INDICADOR

TENSIÓN INTRODUCCIÓN Hace más de 10 años presenté este circuito, cuyo funcionamiento retomo para que pueda comprobar las bondades de los laboratorios virtuales, especialmente el simulador Livewire. En esta nota volvemos a describir el funcionamiento de un voltímetro que indica si la tensión de línea está entre 200V y 250V, o si la misma es demasiado baja o muy alta. Con pequeños cambios se puede utilizar para tensiones de línea de 110V. FUNCIONAMIENTO

DE LA

FUENTE

El circuito de nuestro indicador de tensión de línea se muestra en la figura 1. La tensión de alimentación de la parte electrónica se toma a través del regulador formado por R1 y el diodo zener que en este caso está formado por 3 componentes (D5, D6 y D7) dado que es preciso contar con un zener de más de 20V y el simulador que usaremos sólo cuenta con componentes de menor tensión zener. Esta tensión de

DE

DE

RED

referencia se aplica a un regulador integrado tipo TL78L15, en cuya salida se tiene una tensión constante de 15V que permanece prácticamente inalterable por más que baje demasiado la tensión de la red. La tensión presente a la salida de RG1 de 15V no sólo sirve para alimentar al conjunto, sino también como tensión de referencia para los comparadores IC1 e IC2. La tensión de red, que es la que se quiere monitorear y que se aplica en las terminales CN1 y CN2, se toma del punto central del potenciómetro VR1, integrante del divisor de tensión formado por R2, VR1 y R3. La porción resultante se rectifica con D1 y se filtra con C4. Cuando la tensión de red baja más allá de 200V se deberá encender el LED D9, mientras que si sobrepasa los 250V será D8 quien se ilumine. Obviamente, cuando la tensión está entre 200V y 250V, será indicación de que la tensión de la línea está dentro de los parámetros normales; en esas condiciones conducirá Q1 y, por consiguiente, se encenderá el LED D10, para dar un aviso de la condición normal. CAPÍTULO 3: Instrumentos Electrónicos 53

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Figura 1

programa Livewire, para ello abrimos el programa La indicación "normal" de tensión de red dentro y nos aparece una pantalla como la de la figura de los parámetros antes mencionados se ajusta 2. De la galería “Fuentes de poder (Power gallery)” mediante el potenciómetro VR1. tomamos el regulador de tres terminales y lo arrasPara ajustar el equipo dentro de la banda de tramos hasta nuestra hoja de trabajo (figura 3). operación apropiada se debe contar con un Luego, de la galería “Circuitos Integrados reductor de tensión de red (variac, si es posible) y si no se dispone de un método apropiado, se puede dejar el potenciómetro en la mitad de su recorrido. Por último, debe tener presente Figura 2 que el circuito no está aislado de la corriente eléctrica, por lo cual se debe tener cuidado en el ajuste y luego tiene que colocarlo en un gabinete aislante. UN POCO DE TEORÍA: SIMULACIÓN DEL CIRCUITO

EN

LIVEWIRE

Para la “simulación” del circuito, con el objeto de ver si funciona, lo armamos en el 54 Club Saber Electrónica

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Indicador de Tensión de Red

Discretos (Discrete Semiconductors)” y arrastrar hacia nuestra hoja de trabajo los diodos D1 a D4, los zener D5, D6 y D7 (se colocan 3 zener de 6,8V porque el programa no posee, por el momento, componentes de 20V o más, tema que será resuelto en una próxima actualización del programa Livewire) y el transistor Q1. Cabe aclarar que en algunos casos deberá “rotar” el componente y para hacerlo tiene que seleccionarlo y luego hacer un “clic” en el ícono que está en la barra del menú. Acto seguido, de la galería “Componentes de Salida (Ouput Components)” agregamos los leds D8, D9 y D10 y, si es necesario, los rotamos como explicamos anteriormente. Hecho ésto, tendremos en nuestro programa una imagen como la mostrada en la figura 4. Antes de continuar con el armado del circuito para poder simularlo, conviene “identificar” a cada componente con su valor correcto, conforme con la siguiente lista:

Figura 3

Figura 4

(Integrated Circuits)” tomamos y arrastramos los dos amplificadores operacionales, ubicándolos en la posición semejante a las que ocupan en el circuito de la figura 1. El siguiente paso consiste en seleccionar la galería de “Semiconductores Figura 5

RG1 = 78L15 IC1, IC2 = LM741 Q1 = BC548B D1, D2 = 1N4001 D3, D4 = 1N4148 D5, D6, D7 = Zener de 6,8V D8 = Led rojo D9 = Led Amarillo D10 = Led verde Para darle el valor a cada componente, nos posicionamos con el mouse sobre él y hacemos clic con el botón derecho del mouse, nos dirijimos a la opción “Modelos (Models)” y elegimos el componente 7815 (15V, 100mA), tal como se muestra en la figura 5. Luego de hacer este procedimiento con todos los componentes, tendremos en nuestra hoja de trabajo, una imagen como la de la figura 6, note que ahora todos los componentes tienen su valor (matrícula) identificado. Ahora, sólo nos queda agregar los componentes pasivos, la fuente de alimentación y comenzar a CAPÍTULO 3: Instrumentos Electrónicos 55

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos “unir” los componentes. De la galería “Componentes Pasivos (Passive Components)” arrastramos las resistencias y las colocamos en el lugar indicado, dentro de la hoja de trabajo, luego el potenciómetro y por último los capacitores. Ahora debemos agregar el valor adecuado a cada componente pasivo, para ello nos posicionamos con el mouse sobre cada uno y hacemos un doble clic con el botón izquierdo, luego colocamos el valor en el casillero correspondiente y apretamos OK. Nos queda una imagen como la mostrada en la figura 7. Los valores de los componentes que debe colocar son:

Figura 6

Figura 7

VR1 = 250kΩ R1 = 1kΩ - 5W R2 = 180kΩ R3 = 4k7 R4 = 2k2 R5 = 2k2 R6 = 12kΩ R7 = 100kΩ R8 = 1kΩ R9 = 1kΩ R10 = 56kΩ R11 = 1kΩ C1 = .47µF C2 = 100µF C3 = 220nF C4 = 22µF Ahora, debo unir los diferentes componentes colocándome sobre el terminal de uno de los componentes, apretando el botón del mouse y arrastrando dicho mouse hasta el extremo del otro componente, donde debo hacer la unión. Haga esto hasta completar el esquema mostrado en la figura 1. El circuito quedará “casi” como queremos, sólo debo agregar los contactos CN1 y CN2, que serán las “puntas de prueba” de mi circuito. 56 Club Saber Electrónica

Ahora bien, compare lo que quedó en pantalla con lo que está en la figura 1, verá que es muy probable que las “matrículas” de los componentes están encimadas (vea la figura 8), lo que impide que se pueda comprender bien “de qué se trata”. Figura 8

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Indicador de Tensión de Red

Figura 9

Se puede mover la indicación o texto que está al lado de cada componente. Para hacerlo, debe dar primero la indicación de que se pueda mover el texto. Para realizarlo, seleccione un componente cualquiera y diríjase a la columna “Edición (Edit)” de la barra del menú, seleccione la opción “Etiqueta (Label)” y asegúrese que esté destildada la opción “Fijo (Fixed)”, tal como vemos en la figura 9. Ahora podrá mover cualquier texto hasta la posición que quiera, sólo debe seleccionar el texto y arrastrarlo hasta la nueva ubicación y… ¡ya está!

Ahora podemos hacer la simulación, para ello puede colocar un generador o una batería entre los bornes CN1 y CN2. Con una tensión de 220V alterna (o 310V de continua), debe ajustar VR1 para que encienda el Led D10 y estén apagados D8 y D9. Si ahora coloca una tensión Figura 10 entre bornes menor de 180V y vuelve a simular (apretando el triangulito play- de la barra de menú) se deberá encender el Led D9 y permanecerán apagados D8 y D10, indicando baja tensión. Vuelva a parar la simulación (con el botón que tiene el cuadradito - stop- de la barra del menú), cambie la tensión de la fuente a 360V y vuelva a simular, verá que se enciende el Led D8, lo que muestra que hay una tensión excesiva. Recuerde que para cambiar la tensión de la batería deberá ubicarse sobre ella, seleccionarla y hacer un doble clic. Comprobado el funcionamiento observará el

Figura 11

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos comportamiento de este indicador y “el potencial” de Livewire. Si aún no posee este programa, puede bajar el demo de nuestra web con la clave newave. MONTAJE

DEL INSTRUMENTO

Desde el mismo programa simulador Ud. podrá realizar el circuito impreso, para ello deberá ejecutar el programa PCB Wizard 3 y seguir los pasos que explicamos en el libro “Simulación de Circuitos

& Diseño de Circuitos Impresos” (figura 10) o bajar un tutorial de la web con la clave que mencionamos. En la figura 11 tiene uno de los tantos diseños que puede realizar de la placa de circuito impreso. Si quiere “practicar” la simulación de circuitos y no quiere armar este proyecto, puede bajar de nuestra web los archivos “indi.lvw” e “indi.pcb” con la clave indi. Para armar el circuito sólo debe montar los componentes en la placa de circuito impreso y seguir los pasos acostumbrados para cualquier proyecto.

TERMÓMETRO ELECTRÓNICO PARA BAJAS TEMPERATURAS

A lo largo del tiempo, hemos publicado varios circuitos de termómetros para aplicaciones diversas, sin embargo la mayoría no son capaces de detectar cuándo la temperatura sube por encima de un nivel muy bajo, lo que sería muy útil para no cortar la cadena de frío en alimentos, por ejemplo. El montaje que proponemos permite “ajustar” el rango de temperaturas de nuestro termómetro para que dé indicaciones visuales por debajo del grado centígrado.

INTRODUCCIÓN Presentamos a continuación el de un termómetro electrónico que opera con temperaturas inferiores a los -10 C, así resulta un indicador ideal “de que puede estar cortándose la cadena de frío” de los alimentos o para señalizar la temperatura 58 Club Saber Electrónica

de un refrigerador industrial. Indica una subida de la temperatura que ponga en riesgo la permanencia de dicha "cadena de frío" de alimentos o la refrigeración de sistemas específicos (en centrales nucleares, por ejemplo). Como puede comprender, no es un circuito más y también es muy recomendado para su uso en química.

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Termómetro Electrónico para Bajas Temperaturas Figura 1

FUNCIONAMIENTO

DEL TERMÓMETRO

El principio de funcionamiento es muy simple, mediante el encendido de un LED verde común, se indica que la temperatura está dentro de un LISTA

DE

MATERIALES

L1 - Led rojo de 5 mm. L2 - Led verde de 5 mm. CI1 - CA741 - Amplificador operacional (puede emplearse un LF356 para mejor desempeño). Q1 - 2SB56 - Transistor de germanio o equivalente (ver texto). Q2 - BC548 - Transistor NPN de uso general. R1 56kΩ R2 - 47kΩ R3 - 4k7 R4 - 470Ω R5 - 10kΩ P1 - pre-set de 10kΩ. VARIOS: Placas de circuito impreso, estaño, cables, fuente partida de ±9V o dos baterías comunes de 9V, etc.

rango determinado, mientras que si la misma sube por encima de un valor prefijado, se enciende un LED rojo. Para que esta función pueda ser cumplida, el amplificador operacional IC1 se encargará de brindar los dos estados posibles: la tensión de salida es positiva cuando la tensión en la entrada no inversora es superior a la de la entrada inversora, mientras que la salida será negativa en el caso contrario. Estas tensiones de referencia son entregadas por dos divisores resistivos; uno ajustable por el usuario (R2, R3 y P1) que define el rango de operación y el otro variable en función de la temperatura (R1, T1). La sonda es, en realidad, la unión base-emisor de un transistor NPN cualquiera. P1 debe regularse en función del tipo de transistor utilizado (germanio o silicio). Nosotros empleamos un 2SB56 (transistor de germanio de las viejas radios transistorizadas y que aún se consiguen en tiendas de electrónica) y utilizamos dos baterías de 9V para la alimentación. Con un BC548 conseguimos buenos resultados para temperaturas inferiores a los -15˚C. Este circuito cuenta con un recurso adicional CAPÍTULO 3: Instrumentos Electrónicos 59

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos que puede ser empleado cuando se quiere una "alarma sonora", además de la indicación del LED rojo L1. Cuando éste se enciende, el transistor Q2 se satura y se conecta el relé. Este relé puede accionar una pequeña sirena, o cualquier otro circuito. Si la indicación es suficiente, por los dos LED se puede suprimir T2 y reemplazar R5 por un puente a masa. Cabe aclarar que el relé debe tener una tensión de bobina de 9V o 10V y es conveniente que sea del tipo de los empleados para circuitos impresos. Por otro lado, si va a emplear el detector en aplicaciones de instrumentación u otras de precisión, debe colocar un operacional con entrada Fet en lugar de CI1 (tipo LF356), y para realizar el ajuste de la temperatura de operación debe usarse un trimpot multivueltas. MONTAJE

DEL TERMÓMETRO

En la figura 3 se reproduce el impreso “invertido” por si Ud. desea construir su placa empleando pertinax presensibilizado. El trabajo con placas de circuito impreso vírgenes presensibilizadas le permitirá construir el circuito impreso con poco esfuerzo, sin necesidad de tener que “dibujar” con marcador permanente las pistas donde deberá quedar el cobre. El método de fabricación de impresos se muestra en el montaje del controlador de motores paso a paso dado en esta misma edición. En cuanto a la conexión del transistor detector Q1, éste debe estar lo más cerca posible de la placa de circuito impreso y el contacto se debe realizar con un cable mallado.

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Figura 2

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5 Instrumentos para el Taller

Los instrumentos clásicos, que se encuentran en todo banco de trabajo de un técnico en servicio electrónico son, sin dudas, el multímetro y el osciloscopio; sin embargo, a menudo son necesarios otros equipos muy útiles para el rastreo de defectos en etapas de audio, o de RF o, incluso, digitales. Proponemos el armado de 5 dispositivos de bajo costo y excelente desempeño que no pueden faltar en un taller. Por razones de espacio no podemos brindar mayores detalles sobre el funcionamiento y armado ni los diseños de las placas de circuito impreso, sin embargo, puede obtener cada uno de ellos desde nuestra web: www.webelectronica.com.mx, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave: proyeculb90. También se encuentran en el CD que acompaña a esta obra (vea la página 1).

5 INSTRUMENTOS PARA EL TALLER

FRECUENCÍMETRO HASTA 100MHZ CON MEDIDOR DE PERÍODO

El siguiente circuito representa dos útiles e indispensables instrumentos en un mismo equipo y con muy pocos componentes. Si le agregamos que es muy fácil de calibrar y bastante sencillo de usar llegamos a la conclusión que nadie puede dejar pasar la oportunidad de armarse este instrumento. Tal como se muestra en la figura 1, el corazón de este proyecto es un integrado dedicado a la instrumentación, el ICM 7216B. Adicionalmente colocamos un preescaler que permite dividir la señal de entrada por 10, a fin de adecuarla a las especificaciones del proyecto. El interruptor de entrada conmuta entre entrada de señales de continua o alterna. El otro selector colocado en la posición F hace el circuito mida

frecuencias, mientras que situándolo en la posición P lo hace medir períodos. La alimentación es única de 5v y la corriente consumida no llega a los 200mA. Para obtener la frecuencia real bastará con multiplicar la lectura por 10kHz. El sistema toma una medida cada segundo. La resolución es de 1Hz para frecuencias y 10µS para períodos. La sensibilidad de entrada es de 350mVpp en onda seno y de 500mVpp en onda cuadrada. Se considera ALTO a cualquier tensión por sobre los 3Vdc. Se considera BAJO cualquier tensión bajo los 1.8Vdc Impedancia de entrada 51 ohm. Para ajustar este equipo basta con colocar OTRO frecuencímetro en los terminales del cristal y girar el cursor del trimmer hasta que se lea 10MHz. Mas simple, no se puede. El capacitor de 33pF debe ser del tipo NPO (con CAPÍTULO 3: Instrumentos Electrónicos 61

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Figura 1

coeficiente térmico cero) para evitar que los cambios térmicos alteren la medición en curso. Los displays son estándar del color y formato que mas le plazca. Configuración Cátodo común. Esto quiere decir que los ánodos van hacia los resistores. Para alimentar el circuito le recomendamos no usar el clásico 7805, el cual requiere de 2 voltios de diferencia por sobre la tensión de salida. En su lugar puede colocar un 2940 de National el cual con medio voltio por arriba ya trabaja. Pero este chip requiere filtrado en entrada y salida. Dada la poca cantidad de "ingredientes" es posible armar este sistema en un gabinete de mano como el que se usa para fabricar multímetros. PUNTA LÓGICA TTL

DE TRES

ESTADOS

Esta herramienta es sumamente útil para aquellos que trabajan en el desarrollo o reparación de circuitos de lógica TTL. La punta lógica mostrada en la figura 2 se alimenta de la misma fuente de tensión del circuito bajo examen, conectándose el terminal cocodrilo 62 Club Saber Electrónica

(-) a la masa y el terminal cocodrilo (+) al positivo de 5 volt. El funcionamiento es muy rudimentario y gira entorno a un transistor NPN que actúa como conmutador y tres compuertas inversoras. Hay solo tres posibles estados que puedan hacerse presentes en la punta (marcada como Pta.), a saber: Estado Bajo: En ese caso sobre la base del transistor no habrá tensión por lo que no conducirá y hará que en la entrada de la compuerta inferior (terminal 5) haya un estado lógico bajo, presentando esta compuerta el valor opuesto en su salida (estado alto). Esto impedirá que el LED brille de color rojo. Volviendo a la punta (cuyo estado estaba en bajo), la entrada de la compuerta superior izquierda (terminal 1) presentara también un estado lógico bajo, haciendo presente en su salida (terminal 2) un estado alto. Este estado hace que, a la salida de la segunda compuerta superior (terminal 4) haya un estado bajo, lo cual provocará que el LED bicolor brille de color verde, indicando un estado BAJO. Estado Alto: Si en la punta se presenta un estado TTL alto la base del transistor se polarizará y este

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5 Instrumentos para el Taller

cocodrilo y, para la entrada de señal una punta de multímetro o similar. PROBADOR ACTIVO

Figura 2

componente entrará en conducción por lo que en la entrada de la compuerta inferior habrá un estado lógico alto, lo que provocará un estado bajo a su salida y hará que el LED ahora brille de Colorado. Como en la punta hay un estado alto, a la salida de la primera compuerta superior habrá un estado bajo, haciendo que la salida de la segunda compuerta sea alta. Esto impedirá que el LED verde ilumine. Estado de Alta Impedancia (sin conexión): Si, en cambio, dejamos la punta sin conectar a ningún lado la base del transistor no se polarizará, por lo que (siguiendo el caso de estado bajo) el LED rojo no brillará. Pero, como para las compuertas de lógica TTL un estado de alta impedancia o desconexión es visto como un estado ALTO, la salida de la compuerta superior izquierda será BAJA, por lo que la salida de la segunda compuerta será alta y tampoco brillará el LED verde. Esto hace que, cuando la punta esta sin conexión el LED no brille de ningún color. Dada la sencillez del circuito se lo puede montar al aire, dentro de un tubo plástico pequeño y luego se lo puede rellenar con plástico fundido. También se lo puede armar sobre un circuito impreso universal. Para los bornes positivo y negativo es recomendable utilizar pinzas de

DE

SEMICONDUCTORES

¿Quién no tiene la duda alguna vez si un transistor determinado funciona o no? Este instrumento está pensado para que, de forma simple y rápida, el técnico pueda determinar el correcto funcionamiento de cualquier transistor, ya sea de baja o alta potencia, de audio o de RF. Cabe aclarar que este instrumento solo indica si el transistor funciona correctamente o no y el tipo de polaridad del mismo (NPN o PNP). No mide ni la ganancia ni traza la curva de trabajo. En la figura 3 se observa el circuito electrónico del instrumento el cual es bastante simple de entender. El 555 superior es un oscilador de media frecuencia que genera una onda cuadrada de aproximadamente 1kHz. Esta señal es primero separada en semiciclos positivos y negativos y luego inyectada a la base del transistor bajo prueba para lograr excitarlo. La selección de la polaridad del semiciclo a inyectar se efectúa con uno de los tres interruptores electrónicos de estado sólido que forman el integrado 4053. Un segundo interruptor electrónico se encarga de seleccionar la polaridad del emisor del transistor bajo examen. Por último el tercer interruptor selecciona cual de los circuitos buffer accionará en función a la polaridad del transistor. El manejo de estos tres interruptores se realiza cíclicamente por medio de los terminales 9, 10 y 11 los cuales en este caso están unidos para que los tres interruptores accionen al mismo tiempo, gobernados por el segundo 555 (el de abajo) el cual genera un tren de pulsos de aproximadamente 1Hz, lo que significa que los interruptores cambian de posición cada 1 segundo. Con esto logramos que el transistor se conecte como PNP y NPN alternando cada 1 segundo. Si el transistor CAPÍTULO 3: Instrumentos Electrónicos 63

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Figura 3

funciona correctamente sólo destellará el LED correspondiente a su polaridad dado que en polarización incorrecta ningún transistor que goce de buena salud amplificaría. En tanto si ambos LEDs parpadean (uno por vez) es señal que el transistor se encuentra en cortocircuito. Como alternativa final, si ninguno de los indicadores brilla es claro que el transistor se encuentra quemado o abierto. Alterando los valores del oscilador de 1Hz (555 de abajo) se puede acelerar el destello de los LEDs haciendo que sea mas dinámico. Pero el circuito necesita dos tensiones de alimentación que, si bien ambas son positivas, éstas son de diferente voltaje. La solución para alimentar este proyecto con una simple batería de 9V se presenta en la figura 4. Este circuito no es mas que un simple divisor resistivo adecuadamente dimensionado el cual, limitando la corriente a circular, permite hacer caer la tensión hasta 4V. Dispusimos un diodo 64 Club Saber Electrónica

LED que nos sirva como indicador de encendido para evitar que se nos quede varios días sin apagar y nos consuma la batería. Los capacitores filtran la tensión resultante por si llegase a producirse algo de rizado, aunque es algo improbable. GENERADOR

DE

FUNCIONES

DE

0HZ

A

100KHZ

Este circuito, mostrado en la figura 5, permite generar todo tipo de formas de onda de forma simple y totalmente configurable.

Figura 4

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5 Instrumentos para el Taller

Figura 5

Las características técnicas son las siguientes: Alimentación: +/- 15V Consumo: 30mA Voltaje máximo de salida: 14Vpp Rango de frecuencias: 1Hz a 100KHz Formas de Onda: Cuadrada, Triangular, Senoidal Distorsión: < 1% Rangos: 5 Todo el instrumento radica en el integrado

ICL8038 el cual es un oscilador controlado por tensión. Ya que el nivel de salida del integrado es fijo para cada forma de onda se ha incorporado otro circuito integrado formado por dos amplificadores operacionales de buena calidad cuya función es primeramente fijar la tensión de salida a 14Vpp para luego pasarla por una red resistiva que se encarga de entregar tres pasos de 5V, 0.5V y 0.05V respectivamente (seleccionable con S3). El ajuste fino de esta tensión se efectúa con el potenciómetro P3 el cual se recomienda sea mulCAPÍTULO 3: Instrumentos Electrónicos 65

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos tivueltas para darle mayor precisión al sistema. El ajuste de la distorsión se efectúa por medio de las resistencias ajustables RA2 y RA3, siendo estas para montaje en circuito impreso y del tipo multivueltas. El potenciómetro P2 permite ajustar la simetría de la señal, permitiendo corregir pequeños cambios causados por la tolerancia de los componentes. También se lo puede emplear para generar formas de onda deformadas como dientes de sierra y pulsos ultra estrechos. El control de la frecuencia de salida se realiza por medio del selector S1, que permite escoger entre rangos desde 1Hz hasta 100KHz, en múltiplos de 10. El potenciómetro P1 es el ajuste fino de dicha frecuencia. También es muy recomendable usar uno multivueltas. Se pueden instalar mas capacitores y un selector de mas posiciones para llegar hasta un capacitor de 1000µF que da la posibilidad de oscilar a 0.01Hz, aunque esto es poco usual queda a gusto del armador implementarlo o no. El potenciómetro P3 es el control de amplitud, el cual trabaja junto con S3 como selectora de escala o rango. El selector S2 permite escoger la forma de onda a obtener siendo T triangular, S senoidal y C cuadrada. Calibración del equipo: La calibración es una tarea simple y fácil de realizar incluso sin disponer de un osciloscopio. Una vez conectada la tensión de alimentación comprobar que ésta este en +/15V. A continuación se ajustará la simetría de la Figura 6 onda. Si tiene osci66 Club Saber Electrónica

loscopio hay que conectar las puntas a la ficha de salida del generador. Una vez que la forma de onda sea visible, de la amplitud suficiente como para medirla, girar el cursor de P2 suavemente hasta que la onda visualizada sea simétrica. En caso de no disponer de un osciloscopio dejar todas las resistencias ajustables en la posición central. El ajuste de la distorsión se efectúa mediante las resistencias ajustables RA2 y RA3; la distorsión de mide sobre la onda senoidal. La obtención de dicha forma de onda se lleva a cabo por aproximación lineal por tramos, así que podría ocurrir que aparezcan líneas rectas; si RA2 y RA3 están próximas a su posición central es factible que no se aprecien dichas rectas. Para realizar una mejor aproximación puede tomarse como modelo la señal seno de la tensión alterna de distribución doméstica. Esto siempre y cuando el osciloscopio sea de doble traza. La tensión de off-set se ajusta mediante RA1. Puede comprobarse la tensión eficaz de la onda seno con un voltímetro. Hay que colocar el selector S3 en la posición 5V y se mide la tensión de la señal en una frecuencia no mayor a 10kHz para voltímetros digitales o 100Hz para voltímetros análogos. Variar RA1 hasta que la tensión medida sea 5V. Luego de esto el equipo estará correctamente calibrado y listo para operar.

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5 Instrumentos para el Taller

Nota de montaje: Colocar el equipo en un gabinete metálico para evitar que interferencias externas influyan sobre el desempeño del generador de funciones ICL8038. ANALIZADOR DINÁMICO

PARA

PRUEBAS

EN

AUDIO

La mejor forma de saber si una señal de audio está, es escuchándola, y para ello este instrumento es ideal que permite verificar el buen funcionamiento de las diferentes etapas de cualquier equipo que involucran señales de audio. El circuito mostrado en la figura 6 tiene una doble función, puede seguir señales de audio (AF) y señales moduladas de radio (RF). Lo mas interesante es que el consumo de corriente es extremadamente bajo, por lo que puede ser alimentado con una batería de 9V

como las que emplean los multímetros. El interruptor AF/RF permite elegir el tipo de señal a escuchar. Este interruptor debe ser doble inversor y debe ser conectado cuidadosamente para que no se inviertan los cables, los que recomendamos sean lo mas cortos posibles y blindados. El corazón de este nuevo circuito ronda el amplificador operacional LM386 el cual es ideal para este tipo de aplicaciones. Por medio del potenciómetro de ganancia podemos ajustar la sensibilidad del sistema y con el de volumen, como su nombre lo indica el nivel de sonido obtenido en el parlante o auricular. En ambos casos se emplean potenciómetros lineales. En la etapa demoduladora los diodos marcados como DG son de germanio de uso general. Cualquiera de esas características, como los utilizados en las radios de AM, sirven perfectamente.

Figura 15

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C APÍTUL O 4: P ROYECTOS P ARA EL A UTO Para la carga de baterías de plomo y ácido, de las usadas en automóviles e, incluso, las modernas “sin mantenimiento”, es preciso usar una fuente dotada de características especiales. El circuito propuesto es automático, avisando, mediante el accionamiento de un LED y un sistema de aviso sonoro, que la batería se encuentra cargada. El circuito es para baterías de 12V, pero puede ser modificado fácilmente para operar con otras tensiones.

CARGADOR AUTOMÁTICO DE BATERÍAS

INTRODUCCIÓN

La carga de acumuladores (o baterías) de plomo-ácido se hace a través del pasaje de una corriente en sentido contrario a la provisión normal durante cierto tiempo. La intensidad de esta corriente determina la velocidad de carga y normalmente está limitada a valores que el fabriFigura 1

cante establece como seguros para la integridad de la batería. En principio, una simple fuente de corriente continua, que pueda proporcionar una tensión un poco mayor que la de la batería, es un cargador, como vemos en la figura 1. El primer circuito utiliza un diodo para rectificar la corriente alterna de la red y una lámpara incandescente común como limitador de corriente. Con una lámpara de 100W en la red de 110V obtenemos una corriente de carga poco inferior a 1A , lo que representa una carga lenta para un acumulador de 12V de automóvil. Ya el segundo circuito, que es más eficiente, pues no tenemos casi el 90% de la energía perdida en forma de luz y calor de la lámpara, utiliza un transformaCAPÍTULO 4: Proyectos para el Auto 69

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos dor. Este transformador tiene un bobinado de 3A a 5A típicamente y los diodos rectifican la corriente del secundario. La tensión obtenida en el valor de pico puede estar entre 17V y 20V, y es aplicada a la batería por medio de un resistor limitador. CARACTERÍSTICAS

DEL

CIRCUITO

El circuito que proponemos tiene perfeccionamientos electrónicos muy importantes, usándose básicamente un transformador con rectificadores en la provisión de la corriente de la carga. Este agregado consiste en un sensor de batería, que sube a medida que la misma se carga, hasta el instante en que, llegando al máximo previsto, el mismo interrumpe la carga y activa un sistema de aviso, tanto luminoso como sonoro. La intensidad de la corriente de carga prevista en el proyecto original es de 5A, lo que representa una "carga media" pero existen componentes que Figura 3

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Figura 2

pueden alterarse para obtener corrientes de acuerdo con las especificaciones de la batería. Las características del cargador son: - Tensión de entrada: de acuerdo con la red local. - Corriente de carga : 5A - Tensión de batería : 6 ó 12V - Indicación de carga: visual y sonora. FUNCIONAMIENTO

DEL

CARGADOR

La tensión alterna de la red de alimentación es aplicada al bobinado primario de un transformador, pasando por un fusible de protección y por una llave selectora de tensiones.

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Cargador Automático de Baterías Figura 4

En el secundario del transformador tenemos una tensión alterna de 15V, rectificada en onda completa por dos diodos. Como cada diodo sólo conduce la mitad del ciclo para una corriente de 5A tenemos una corriente media de sólo 2,5A, lo que significa que diodos de 4A soportan perfectamente este servicio. No filtramos esta tensión, pues con una tensión continua pulsante, el SCR puede ser desconectado al cortarse la tensión de su compuerta, lo que no ocurriría con una tensión continua pura, como el caso mostrado en la figura 2. La batería es conectada en serie con esta fuente y , además de eso, tenemos un SCR para control y un amperímetro (opcional) para medición de la intensidad de la corriente de carga. La compuerta del SCR es polarizada por medio de R3 y D3, en el sentido de conducir la corriente siempre que la tensión en cada hemiciclo alcanza aproximadamente 1V. En la compuerta de este SCR1 tenemos el cir-

cuito sensor de carga, formado básicamente por un divisor de tensión, un diodo zener y un segundo SCR (SCR2). Su funcionamiento es fácil de entender. Ajustamos el pre-set P1 para obtener la tensión de disparo del SCR2 que, en este caso, corresponde a la tensión zener de D4 cuando la batería esté completamente cargada. Para una batería de 6V, el diodo zener debe ser de 2V1 ó 2V4. Cuando la batería presente, entre sus terminales, la tensión que corresponde a la carga completa, el diodo D4 conduce y el SCR2 es disparado. En estas condiciones, el mismo prácticamente pone a tierra la compuerta de SCR1, impidiendo el disparo de este componente, y por lo tanto, interrumpiendo la carga. Al mismo tiempo, la conducción plena de SCR2 hace que el LED2 sea alimentado, así como el circuito oscilador de aviso. Como la fuente no es filtrada, para el oscilador de aviso precisamos una alimentación separada, pero este circuito es opcional. El resistor Rx puede ser agregado si la corriente inicial de carga de los acumuladores supera el valor deseado o limitado por el fabricante. Debe ser usado un resistor de alambre de 1Ω a 10Ω con disipación de 10W. MONTAJE En la figura 3 tenemos el diagrama completo del cargador. La mayoría de los componentes es de grandes dimensiones y las corrientes en muchos puntos del circuito son intensas, lo que exige el empleo de la placa de circuito impreso adecuada. El dibujo de esta placa aparece en la figura 4. CAPÍTULO 4: Proyectos para el Auto 71

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Figura 5

En la figura 5 mostramos otra versión de placa de circuito impreso, hecha con el programa PCB Wizard 3. El SCR1 es un diodo controlado de silicio para por lo menos 6 A de corriente y tensión mínima de 50V. Los tipos TIC116 y TIC126 sirven para esta aplicación. El disipador de calor usado debe ser de buenas dimensiones. LISTA

DE

MATERIALES

SCR1 - TIC116 ó TIC126 - SCR (tiristor) de 8A x 50V. SCR2 - TIC106 - SCR (tiristor) de 3 ó 4A. D1, D2 - 1N5402 - Diodos de 50V x 3A ó más. D3 - 1N4002 - Diodo de silicio de 1A. D4 - 5V6 x 500mW - Diodo zener. LED 1 , LED 2 - LEDs comunes F1 - 2A - Fusible F2 - 5A ó más - Fusible S1 - interruptor simple M1 - 0-5A - Amperímetro - ver texto T1 - Transformador con primario de 110V/220V y secundario de 15V + 15V x 5A

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El transformador tiene bobinado primario de 110V y 220V y secundario de 15V + 15V con corriente de 5A ó más. Los diodos rectificadores deben ser de por lo menos 50V con 3A de corriente ó más. Diodos como el BYM56A y equivalentes de mayor tensión para 3,5A sirven. El diodo zener D4 es del tipo BZX79C5V1 ó BZX79C5V6 y el SCR2 puede ser el P1 - 4k7 - pre-set común. R1, R2 - 1kΩ R3 - 560Ω R4 - 470Ω R5 - 10kΩ Rx - 1Ω x 10W - resistor de alambre C1 - 10µF x 12V - capacitor electrolítico VARIOS: Caja para montaje, soporte para fusibles, placa de circuito impreso, pinzas para conexión a la batería, disipador de calor para el SCR1, soporte para LEDs, llave de tensión 110V/220V (S2), componentes para el aviso sonoro, alambres, soldadura, etc.

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Cargador Automático de Baterías

TIC106 con tensión a partir de 50V ó equivalentes. Los LEDs son comunes, pudiendo ser de cualquier color. El instrumento es un amperímetro de hierro móvil (de menor costo) o de bobina móvil (más preciso), con fondo de escala en 5A o más. Los resistores son de 1/4W y los fusibles deben ser montados en soportes apropiados. El pre-set es común y para la conexión a la batería deben usarse cables gruesos dotados de pinzas cocodrilo. El capacitor electrolítico C1 es de 10µF con tensión de trabajo de 12V o más. Como sistema de aviso puede usar cualquier buzzer u oscilador que funcione con 12V. PRUEBA

Y

USO

Conecte una batería cargada en el circuito y ajuste el pre-set P1 para que el sistema de alarma toque y el LED2 se encienda. La corriente en el

amperímetro, al tocar la alarma, debe caer a cero. Después, conecte una batería descargada o con carga parcial. El LED2 no debe encenderse y la alarma debe ser ajustada, para no tocar, en su pre-set (no en el pre-set del cargador). Si la corriente sube a más de 5A, se debe usar el resistor Rx con su valor aumentado. Si se desea una corriente de carga menor, el valor de Rx debe ser alterado de modo de obtener esta corriente. El tiempo de carga depende del tipo de batería, debiendo por lo tanto ser consultado al fabricante. Para usar el cargador basta conectar la batería al circuito y conectar la unidad. Cuando la batería se encuentre cargada, el LED se enciende, la carga es interrumpida y, si se usara el circuito de alarma, el mismo emitirá un sonido agudo. Para baterías de 6V se puede usar el mismo circuito, pero se rehará el ajuste del pre-set y se cambiará el zener D4. Este circuito no admite la carga en serie o paralelo de baterías, sino solamente una batería por vez

CARGADOR DE BATERÍAS INTEGRADO

Le proponemos otro cargador de baterías automático que emplea circuitos integrados de uso específico, muy fácil de montar en placa universal y de excelente desempeño.

INTRODUCCIÓN En la figura 6 presentamos otra versión de un cargador automático de baterías. Como se

puede apreciar el circuito es una fuente de alimentación convencional, seguida de un regulador LM338 el cual es controlado por medio de un amplificador operacional que se encarga de conCAPÍTULO 4: Proyectos para el Auto 73

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos

Figura 6

trolar el estado de la carga para detectar el momento preciso en que debe detenerse y accionar el LED indicador. El divisor resistivo de tres etapas permite, por un lado tomar la tensión de referencia para el amplificador operacional y, por el otro, controlar el regulador LM338 por medio de la salida del operacional. De esta forma, el corte de carga se produce cuando la corriente cae por debajo del medio amperio, cuando el circuito comienza a oscilar haciendo conducir el transistor que hace pasar corriente al LED haciéndolo brillar para indicar el fin de la carga. Nótese que el puente rectificador es de 10 ampere (tensión igual o superior a 50V) por lo que no es para soldar en circuito impreso sino atornillar al gabinete metálico del equipo y conectar por medio de terminales “crimpeadas”. El capacitor de filtrado inicial puede ser soldado sobre la placa o puede ser abrazado en el gabinete por medio de dos precintos plásticos y soldado en paralelo con los terminales positivo y negativo del puente de diodos. EL interruptor general es del tipo empleado en cafeteras eléctricas los cuales tienen en su interior la lámpara de gas de neón que se ilumina al encender el equipo. Prestar mucha atención a 74 Club Saber Electrónica

como se conecta este interruptor dado que es muy común confundir las terminales y poner en corto la línea de 110V ó 220V. El regulador LM338 debe ser montado fuera del circuito impreso sobre un adecuado disipador de calor de no menos 10 x 10 cm de superficie. Si se quiere, se puede colocar un amperímetro de CC en serie con el borne positivo de la salida hacia la batería para monitorizar visualmente el estado de corriente de la carga. Este instrumento puede ser análogo o digital indistintamente, aunque hoy día es mucho mas vistoso uno digital. El borne positivo del instrumento se conecta con el circuito y el negativo va hacia la batería (hacia su borne positivo). La resistencia de 0.1 ohm debe ser montada sobre la plaqueta, pero levantada 2 o 3 cm de esta para impedir que el calor altere la baquelita del impreso. Es posible colocar un buzzer que suene al tiempo que brilla el LED. Este se debe conectar entre el ánodo del LED y el emisor del transistor y debe ser del tipo electrónico, con oscilador incluido en su interior. Para utilizarlo basta con colocar la batería a cargar, encender el sistema y presionar el pulsador que da comienzo a la carga. Al terminar el LED se iluminará y se deberá apagar el sistema y quitar la batería de los bornes.

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Luz de Freno Intermitente Proponemos en este artículo el montaje de un circuito que encenderá una serie de luces intermitentemente cada vez que se acciona el pedal del freno de un automóvil. Por ser de armado sencillo y fácil instalación, resulta una solución ideal para aumentar la seguridad en un automóvil.

LUZ

DE

FRENO INTERMITENTE

INTRODUCCIÓN Para muchos es simplemente decorativo, pero existen países en los que, por considerarse equipo de seguridad, la luz de freno intermitente es obligatoria. En este artículo veremos cómo montar una luz de freno intermitente para aumentar la seguridad de su auto y, a su vez, obtener un bonito efecto de luces. El prototipo se acciona durante algunos instantes cuando el conductor pisa el freno. Figura 1

Se instala en la luneta trasera, en la posición de mejor visualización, y su función es la de alertar al conductor del auto que viene detrás del momento exacto en que habrá una reducción brusca de la velocidad. Este procedimiento ayuda a evitar un choque trasero, lo que hoy en día es muy común. CARACTERÍSTICAS

DEL

CIRCUITO

El circuito que proponemos hace que las luces junto al vidrio trasero parpadeen de modo intermitente, cada vez que el freno es accionado, tal como lo sugiere la figura 1. Las luces son de baja potencia, de 12V, y se instalan en una pequeña manguera transparente, que se fija al auto. Si las luces no fueran rojas, basta con envolverlas en un papel celofán de este color para resolver el problema de visualización. El circuito es simple de montar e instalar, usando componentes de fácil obtención en el mercado. Las características son las siguientes: CAPÍTULO 4: Proyectos para el Auto 75

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos o Tensión de alimentación = 12V o Corriente: 100mA (según las lámparas utilizadas) o Número de canales de accionamiento: 4 Figura 2

CÓMO FUNCIONA La base del proyecto es el conocido circuito integrado 4017, que consiste en un contador/decodificador hasta 10 en tecnología CMOS. A cada pulso aplicado en la entrada de este integrado (pin 14) una de las salidas se dirige al nivel alto, mientras que la anterior pasa al nivel bajo. Tenemos, entonces, que una secuencia de pulsos hace que se produzca una corrida de nivel alto de la primera en dirección de la última salida, manteniéndose las demás en un nivel bajo. Para producir el efecto buscado, tenemos un oscilador que genera los pulsos. Este oscilador es un astable con un circuito integrado 555, cuya velocidad es ajustada por pre-set P1 para dar el efecto deseado. En el 4017, mientras tanto, usamos 4 salidas, de modo que durante el tiempo en que los pulsos son aplicados a las otras salidas, tengamos un intervalo, como sugieren las formas de onda en la figura 2. Cada salida utilizada en el 4017 está conectada a un transistor driver que excita las pequeñas lámparas de carga. En el proyecto usamos 76 Club Saber Electrónica

transistores BD135 para permitir la utilización de lámparas de hasta 300mA; sin embargo, si las lámparas fueran de consumo mucho más bajo 50mA, por ejemplo pueden usarse transistores BC547. MONTAJE En la figura 3 mostramos el diagrama completo del aparato. Figura 3

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LISTA

DE

MATERIALES

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Luz de Freno Intermitente

CI1 - 555 - Circuito integrado temporizador. CI2 - 4017 - Circuito integrado CMOS. Q1 a Q4 - BD135 - Transistores NPN. R1 - 22kΩ R2 - 10kΩ R3, R4, R5, R6 - 1kΩ P1 - Pre-set de 100kΩ

En la figura 4 observamos la disposición de los componentes en una placa de circuito impreso. Para mayor seguridad, los circuitos integrados Figura 4

C1 - 10µF - Electrolítico de 16V. C2 - 1.000µF - Electrolítico de 16V. X1 a X8 - lámparas de 50mA x 12V. F1 - Fusible de 1a.

Varios Placa de circuito impreso, base (zócalo) para los integrados, caja para montaje, manguera transparente, cables, soldadura, etc

deben ser instalados en zócalos DIL, según el conexionado. Como el accionamiento de cada lámpara se hace por un lapso muy pequeño, los transistores no necesitan de disipadores de calor. Los transistores admiten equivalentes, como el BD137 y el BD139, y las lámparas indicadas son de 50mA x 12V, aunque pueden usarse hasta las de 300mA. Los cables de conexión a las lámparas pueden ser largos y soldarse directamente a sus bases; de esta manera, se facilita su introducción en una manguera o tubo transparente. PRUEBA

Y

USO

Para probar el aparato basta conectarlo a una fuente de 12V. Las lámparas deben parpadear en secuencia. Ajuste P1 de modo que los trenes de pulsos se produzcan en intervalos de 1 a 1,5s, aproximadamente. Una vez verificado el funcionamiento y hecho el ajuste, el aparato puede instalarse en el auto. La caja con la placa y los componentes pueden ubicarse dentro del baúl, donde se fijarán las lámparas. El cable A se conecta al punto que alimenta las luces de freno ya existentes, y el cable B al chasis del auto, en cualquier punto. CAPÍTULO 4: Proyectos para el Auto 77

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos Figura 5

Una vez hecha la instalación, el accionamiento del aparato será automático: al pisar el freno se produce el encendido de las lámparas. Para el accionamiento momentáneo, o sea cuando existe apenas uno o dos guiños y después las lámparas dejan de parpadear, aunque el freno

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se mantenga accionado, existe un circuito diferente, que se muestra en la figura 5. En este circuito tenemos dos circuitos integrados 555. Uno de ellos se utiliza para habilitar el oscilador de clock sólo por el tiempo ajustado en el preset P1.

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Detector de Rotura de Vidrios Este circuito es ideal para quienes han diseñado su propia alarma con µC o con lógica convencional y desean agregarle una prestación adicional. Consta de un micrófono, un filtro pasa altos y dos etapas amplificadores, de las cuales la última trabaja en corte / saturación

DETECTOR DE ROTURA DE VIDRIO Introducción Detector de rotura de vidrios es el nombre genérico de un dispositivo sensor de fractura, quiebre y caída de un paño vidriado, con componente sónico de impacto, que puede estar formado por varias unidades o bloques con diferentes principios de funcionamiento. Hay varios tipos de detectores de rotura de vidrios: a) "Detector de rotura de vidrios con contacto de mercurio": en este caso, dentro del detector existe un bulbo sellado al vacío que contiene dos

delgadas varillas metálicas conductivas, cortocircuitadas por una pequeña gota de mercurio. Esta gota de mercurio salta de su asiento natural, en presencia de un impacto fuerte sobre la superficie vidriada, interrumpiendo el circuito y señalizando una alarma; lo mismo ocurrirá si el vidrio se rompe y cae el pedazo de cristal arrastrando al detector consigo. b) "'Detector de rotura de vidrios piezoeléctrico"; este detector contiene un elemento resonante, sintonizado a una frecuencia de aproximadamente 2kHz que es la frecuencia generada por la

Figura 1

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Proyectos de Electrónica con Circuitos Impresos LISTA DE MATERIALES Q1, Q2, - BC548 - Transistores de uso general. Q3 - MPSA13 - Transistor NPN darlington. D1 - Diodo zener de 10V x 1W. CN1 - Conector para micrófono piezoeléctrico. CN2 - Salida del detector (se puede reemplazar R11 por un relé para impresos de 9V o 12V de bobina con su diodo de protección). R1 - 6,8kΩ R2, R3, R4, R6, R9 - 10kΩ R5 - 1MΩ

rotura o el rayado del cristal en general. Este detector puede ser montado en cualquier posición sobre el vidrio y es por ello que lo elegimos para nuestro proyecto. El circuito es ideal para quienes han diseñado su propia alarma con µC o con lógica convencional y desean agregarle una prestación adicional. Consta de un micrófono, un filtro pasa altos y dos etapas amplificadoras, de las cuales la última trabaja en corte y saturación. FUNCIONAMIENTO

DEL

R7, R10 - 1kΩ R8 - 2,2MΩ R12 - 100Ω R11 - 390kΩ C1, C2, C3 - 1nF - Cerámicos. C4, C10 - 47nF - Cerámicos. C5, C7 - 100nF - Cerámicos. C6, C8, C9 - 100µF - Electrolíticos de baja tensión. VARIOS: Placa de circuito impreso, gabinete para montaje, micrófono Piezoeléctrico, conectores, cables, estaño, etc.

100 ohm y el zener se encargan de bajar y regular la tensión a 10V. Los capacitores periféricos a esos componentes filtran la alimentación obtenida. Para el micrófono deberá emplear cable mallado de audio, y su largo no debe superar los dos metros.

CIRCUITO

El circuito se muestra en la figura 1. La señal captada por el micrófono de electret es fitrada por los cuatro capacitores en serie y sus resistores de bajada a masa, luego es amplificada por el primer transistor el cual entrega la señal a un potenciómetro que hace las veces de regulador de sensibilidad. Seguidamente un transistor eleva aún más el nivel de la señal que, por último ataca la base de un darlington (MPSA13) el cual corta o satura según la señal presente en su base. El diodo en la entrada impide que el circuito se destruya al invertir la polaridad de alimentación, mientras que el resistor de 80 Club Saber Electrónica

Figura 2

4ª de forros.qxd:sumario 223 21/11/13 18:13 Página 4ªFo1