Circuitos ÚTILES. 03. Luz de emergencia miniaturizada

March 8, 2014, 11:18 am

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1. Descripción

Se trata de un pequeño dispositivo a pilas que produce una luz a modo de centelleo o intermitente. Muy útil para hacerse ver en la noche cuando vas en bici, o sales a correr o simplemente para señalizar algo. Está basado en un viejo y conocido oscilador compuesto por dos transistores, cuatro resistencias y dos condensadores, lo que lo convierte en un proyecto de muy bajo coste.

Salgo al paso de dos previsibles críticas o "peros":

- Ya sé que ésto lo puedes comprar en el chino, ya hecho, por 3 euros, pero se trata de hacerlo nosotros mismos, ¿no? Y tampoco va a salirnos por mucho mas que esos tres euros...

- También sé que esta aplicación puede ser hecha con tecnología mas moderna, usando circuitos integrados en vez de transistores, pero defiendo esta versión por los siguientes motivos: 

1) Una cosa es un montaje con veinte transistores (ahí si podemos miniaturizar mucho), y otra, con sólo dos transistores (poco podemos miniaturizar aquí). Así que con transistores también podemos hacer el montaje en muy poco espacio.

2) Quiero asociar este montaje con el capítulo 6 del tutorial de electrónica básica (transistores) así que recurro a este conocido esquema.

3) Su consumo es bajísimo (entre 1 y 2 mA) y su probabilidad de avería prácticamente 0% (excepto golpes y caídas).

2. Circuito

Multivibrador astable transistorizado

Este circuito es un clásico. Se trata de un oscilador o multivibrador astable, es decir, no tiene un estado estable sino que oscila entre dos estados a una frecuencia que vamos a determinar por los valores de C1, C2, R2 y R3.

Cuando conectamos la alimentación, uno de los transistores va a conducir un poco más que el otro, a causa de pequeñas diferencias en el proceso de fabricación. Otros factores que pueden sumarse a esto son los componentes asociados a dichos transistores incluyendo pistas, soldaduras, cables...

Supongamos que comienza por conducir T1 un poco más que T2. Esto lo llevará a saturación (conducción máxima) haciendo que luzca el diodo D1, mientras T2 está en corte (no conduce). Pasado un instante, el condensador C1 se descarga por T2 y hace que éste comience a conducir, al tiempo que C2 provoca el corte de T1. Ahora el diodo D1 permanece apagado y D2 luce.

...y el proceso se repite...

La frecuencia a la que oscila este multivibrador depende de los valores de los componentes antes citados: C1, C2, R2 y R3.

Cuanto mayores sean las capacidades de C1 y C2, mas lento oscilará
Cuanto mayores sean las resistencias de R2 y R3, mas lento oscilará

Se puede hacer que D1 y D2 tengan tiempos de encendido distintos haciendo que C1-R2 y C2-R3 tengan valores distintos, pero normalmente se busca un tiempo igual -simétrico- para ambos, como es el caso de este montaje, así que los valores para C1 y C2 así como para R2 y R3 serán iguales.

Necesitamos una frecuencia de unos 6 Hz (seis oscilaciones por segundo) para que la intermitencia tenga un efecto destelleante. Por medio de simple ensayo en el protoboard determiné que los valores correctos eran:

para C1 y C2: 4.7 µf (16 voltios son mas que suficientes)
para R2 y R3: 100 K (cien mil ohmios)

Se pueden conseguir esos 6 Hz con otros valores, pero intenté conseguir una pareja de valores que involucrase a un condensador de reducida capacidad porque eso significa que también será pequeño: Este proyecto dispone de muy poco espacio para los componentes.

Es importante que los condensadores sean de la menor tensión posible (16 voltios) porque así nos aseguramos que sean pequeños. Ningún problema con esto, pues la tensión de alimentación será de tan sólo 3 voltios.

Me queda decir que la tensión de alimentación SÍ influye en la frecuencia de oscilación de este circuito. En un principio hice las pruebas con 9 voltios desde una fuente de alimentación. Cuando después puse 3 voltios (la tensión a la que funcionará esto) comprobé que la frecuencia cambió (a menos tensión, mas frecuencia, mas rápido oscila).

Así que tuve que volver a cambiar R2 y R3: Las aumenté para que la frecuencia bajase otra vez a 6 Hz (mas o menos).

Los valores definitivos son los que veis en el esquema, arriba de estas líneas.

Las resistencias R1 y R4 (150 ohms) son considerablemente mas bajas que en muchos esquemas que veréis por ahí. La causa: Vamos a 3 voltios, no a 12. Si no disminuimos el valor de las resistencias R1 y R4, los LEDs apenas lucirán. Un valor de 150 ohm nos asegura un buen brillo en los LEDs pero sin llegar -ni mucho menos- a intensidades peligrosas. De hecho, con mi polímetro registré intensidades del orden de sólo 2 mA a pesar de que los diodos emitían buenos destellos.

3. Lista de componentes

1 caja de plástico (Envase de artículos de ferretería, bisutería...)
1 portapilas para dos pilas de 1.5V, tamaño AAA (LR03)... y dos de esas pilas
1 trozo de circuito impreso.
1 interruptor pequeño
2 diodos led de alta intensidad, uno blanco y otro azul, por ejemplo
2 transistores BC547
2 resistencias 100K ohm 1/4 W
2 resistencias 150 ohm 1/4 W
2 condensadores electrolíticos 4.7µF 16V
1 trocito de lámina de acetato o plástico, cartulina...
1 trocito de papel de aluminio.
cola blanca
tres tornillos y 9 tuercas métrica 3mm


Ampliación de información sobre algunos componentes:


Caja de plástico

La puedes encontrar en la sección de ferretería de un supermercado o chino. También envasan artículos de bisutería en este tipo de cajas. Tiene un tamaño y forma ideal para este proyecto.

Hay de varios tamaños, la buena es:
Largo: 75mm (sin contar el asa)
Ancho: 56mm
Alto: 17mm (incluyendo tapa)

Portapilas

Para obtener 3V a partir de dos pilas de tipo AAA. Mejor usar un portapilas que andar haciendo uniones y empalmes precarios con las pilas.

Este modelo encaja a la perfección en la caja anterior.

El portapilas lo puedes comprar en una tienda de componentes electrónicos.




Trozo de circuito impreso

Necesitamos un circuito impreso de 50 x 45 mm. Como es improbable que lo haya de ese tamaño, habrá que partir de un circuito mas grande y obtener un trozo con las medidas anteriores. Puede cortarse con una sierra de marquetería. También se vende este artículo en las tiendas de componentes electrónicos.



Interruptor pequeño

Otro componente que viene como anillo al dedo para este montaje. Sus dimensiones lo hacen ideal para soldarlo al circuito impreso y que sólo sobresalga por la tapa transparente el pulsador (la parte azul)

Si no encuentras uno igual, puedes adaptar cualquier otro tipo siempre que sea de tamaño reducido. Por ejemplo, también valdría un micro-switch o pequeño conmutador. Si es necesario, se puede fijar con pegamento en un lateral de la caja en lugar de soldarlo al circuito impreso, y con cables, conectarlo al circuito. También en este caso hay que hacer un taladro en la caja para dejar salir al mando o control deslizante del conmutador. 

Estuve a punto de usar esta opción, pero a última hora encontré este oportunísimo interruptor que veis en la foto. Tiene pinta de ser fácil de encontrar en una tienda de componentes electrónicos.

Tiene seis patillas, en dos hileras de tres. En realidad se trata de un doble conmutador. Sólo usaremos dos terminales o patillas (en cualquiera de las dos hileras): Una patilla central, y la patilla de un extremo. Hay que medir con el polímetro (continuidad) y determinar qué terminal del extremo es el que nos interesa. Si nos equivocamos de extremo no pasa nada grave: Funcionará cuando liberemos el interruptor y se apagará cuando lo pulsemos, es decir, al revés.


Diodos LEDs

En esta foto podéis ver dos parejas de diodos led de alto brillo. Su apariencia es la misma que la de un led de brillo normal.

Los de la izquierda son de diámetro 3mm y además son mas cortos que los de la derecha, de diámetro 5mm. Su menor tamaño hace posible que podamos hacer el montaje tal y como queremos: Por un lado los diodos, por otro lado el resto de componentes.

A pesar de su notable diferencia de tamaño, lucen prácticamente igual. El consumo es menor en el caso de los diodos de 3mm. Este componente tiene polaridad que habrá que respetar. El cátodo se reconoce por ser el terminal más corto.

Los hay en bastantes colores: En la tienda me ofrecieron: Blanco, verde, azul, amarillo y rojo. Elegí la combinación blanco-azul por parecerme la más potente y visible. Otras combinaciones interesante son: Azul-rojo, y blanco-rojo.


3 tornillos y 9 tuercas

Con estos tornillos y tuercas haremos el separador y fijaremos el circuito a la caja. Las medidas son:

Tornillos:
Largo: 10 mm (sin contar cabeza)
Diámetro: 3 mm

Tuercas:
Diámetro interno: 3 mm

4. Montaje

4.1. Elección de la caja

Esta caja es muy común, muy fácil de encontrar, y en ella se envasan cosas de bisutería así como artículos de ferretería y tornillería. Tiene unas dimensiones ideales

Caja elegida para hacer el proyecto

4.2. Cortar trozo de Circuito impreso a la medida

Es casi imposible que encontremos un Circuito impreso a la medida. Tendremos que cortar un trozo de otro circuito mas grande.

Cortamos trozo de c.impreso a 50 x 45 mm

4.3. Trabajos a realizar en el Circuito impreso

Una vez obtenido ese circuito impreso con las medidas de 50 x 45 mm habrá que hacer unas operaciones sobre él.

Estas operaciones son tres:

- Preparar un separador que también servirá para fijar el circuito a la caja. El separador tiene la función de dejar un espacio entre el propio circuito impreso y la caja: Ese será el espacio para los componentes electrónicos que irán soldados por el lado del cobre en el circuito. El espacio reservado es de 5 mm, ni mas ni menos que lo justo para contener al mayor de los componentes (5 mm).

El separador consiste en tres tornillos con dos tuercas cada uno que suman (las dos tuercas) los 5 mm que necesitamos como separación.

Detalle del separador formado por un tornillo y dos tuercas

- Soldar los componentes en el circuito impreso, tanto por la parte a la vista (interruptor y dos diodos) como por la parte que permanecerá oculta: Resto de componentes del circuito: 2 transistores, 2 condensadores electrolíticos y cuatro resistencias de 1/4 W

La parte vista, de los LEDs y el interruptor:

... y la parte que irá oculta, en la otra parte del circuito impreso:

- Finalmente, preparar y fijar una superficie reflectante en la cara vista del circuito impreso. La superficie reflectante no es más que un montaje con plástico y papel de aluminio pegados con cola, y después recortados a la medida del circuito impreso. A esta superficie reflectante habrá que hacerle varios taladros o mecanizados para que pueda posarse sobre la superficie del circuito impreso. Esos taladros o mecanizados son tres:

- Para que pasen los diodos LED
- Para que pase el interruptor
- Para que pasen los tres tornillos (además, los tornillos ayudarán a sujetar la superficie reflectante).

Materiales para hacer la superficie reflectante: Acetato y papel de aluminio En lugar de acetato puede usarse cualquier tipo de plástico fino

4.4. Soldar cables del portapilas

Soldaremos el cable negro (negativo) del portapilas a cualquier punto del circuito donde corresponda. Por ejemplo, si vemos el esquema, la unión de los dos emisores de los transistores es un buen punto. Allí soldaremos ese cable.

Respecto del cable positivo del portapilas, con la siguiente foto se verá mejor. Los seis terminales del interruptor están numerados de 1 a 6. Se pueden ver las dos hileras verticales de tres terminales. El positivo del portapilas va a cualquiera de los dos terminales centrales (2 ó 5) yo he elegido el 5. El terminal 6 es la salida del positivo que va soldado directamente a un cordón de estaño que es la línea positiva del circuito. Los otros cuatro terminales, aunque no se usen eléctricamente, hay que soldarlos (al menos dos de los cuatro) para que el interruptor quede bien sujeto al circuito impreso.

Conexión del portapilas al circuito

Es importante determinar cuál de los dos terminales extremos del interruptor elegir (en nuestro caso, dudaremos entre el 6 ó el 4). El correcto es el 6. Esto lo puedes saber con un polímetro usando la función "resistencia" o "continuidad" y pulsando el interruptor para ver cómo reacciona. Si nos equivocamos y elegimos el 4 no pasa nada especialmente grave, simplemente que el interruptor funcionará "al revés": Apagará el equipo cuando lo presionemos y lo encenderá cuando lo liberemos.


4.5. Hacer taladro para que pase el mando del interruptor on/off

Ahora que ya sabemos la ubicación exacta del interruptor, podemos marcar en la tapa transparente su posición y hacer un taladro del diámetro justo para que pase el mando de dicho interruptor.


4.6. Montar todo y fijarlo

Ponemos los tornillos y tuercas separadoras al circuito si no estaban puestas ya. Colocamos todo en su sitio. Asomarán los tres tornillos por la base de la caja. También irá allí una tuerca para cada uno de los tres tornillos y así fijaremos el circuito a la caja. Ponemos la tapa y la sujetamos con cinta adhesiva.

5. Sujección: Velcro, brazalete, brida, imán...

A la hora de sujetar esta luz, por ejemplo, a una bici, podemos optar por varios sistemas: Buscar algún herraje para que, con una abrazadera, podamos sujetarlo. También podemos usar velcro en la bici, y velcro en el dispositivo. Sería una forma rápida de poner y quitar la luz. 

Una tercera manera, igualmente rápida y cómoda, sería usar pequeños imanes de neodimio: Uno fijado en la bici. Otro fijado en la luz. 

No hay que olvidar el asa que esta caja trae, la misma que servía para colgarla en un expositor en la tienda. También podemos servirnos de ella.

En la forma de sujetar esta luz manda la inventiva y las necesidades de cada uno...

6. Probar

En el vídeo, a partir de 22:03 se puede ver funcionando a esta luz, tanto en el banco de trabajo como en la calle, de noche. A 25 metros esta luz demuestra ser bastante visible y consigue su objetivo: Captar la atención.

7. EL VÍDEO:

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Tutorial Electrónica Básica. 07. El PROTOBOARD

March 15, 2014, 8:56 am

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1. Finalidad del protoboard

Construir un circuito, desde luego, es una forma de probar si funciona. Pero esto no es práctico a la hora de hacer ensayos: Hay que quitar y poner componentes para hacer diferentes pruebas, y el hecho de estar soldándolos hacer perder tiempo, además de acortar la vida de esos componentes.

Una alternativa a soldar los componentes es usar un protoboard, donde los componentes no se sueldan, sino que se "pinchan". Un protoboard tiene una serie de orificios con un conexionado interno, lo que permite montar rápidamente un circuito... y también desmontarlo, así como hacer numerosas pruebas.

La distancia entre orificios no es caprichosa. Igual que los componentes tienen unas medidas normalizadas, especialmente en lo que se refiere a distancia entre terminales, la distancia entre orificios también está normalizada, de modo que los componentes "caen" bien en ellos.

Componentes y protoboard siguen las mismas normas en cuanto a distancia entre terminales

2. Distintos tamaños

Hay disponibles varios tamaños de protoboard, desde uno que es prácticamente una hilera, hasta otros que son grandes tableros donde podemos hacer grandes proyectos.

Si uno de ellos no es suficiente para acomodar nuestro circuito, podemos agrupar varios de ellos sin límite, con lo que, en teoría, podemos montar cualquier circuito, por grande que sea.



3. Accesorios standard

Aunque la conexión entre componentes se hace con los contactos internos del propio protoboard, hay veces en que hay que hacer conexiones entre componentes usando cables externos. Los protoboards vienen con una colección de puentes o cables en longitudes y colores distintos para hacer esas conexiones. También se venden por separado estos puentes, porque hay veces en que no son suficientes los que originalmente lleva el protoboard, y también se estropean estos puentes con el uso y el tiempo, así podemos reponerlos.

Estuche con puentes de cable

Una opción para hacernos nosotros mismos unos cuantos puentes es usar cable fino pero macizo: Cortamos a la medida un trozo de cable, pelaremos un centímetro de funda en cada extremo del cable y haremos una doblez a 90º en cada extremo.



4. Accesorios opcionales hechos por ti mismo

Lo anterior es lo mínimo e imprescindible, pero es aconsejable -con el tiempo- ir haciéndose de una pequeña colección de accesorios para el protoboard. Esto hace muy útil al protoboard para cualquier tipo de proyecto. Dependiendo del tipo de proyectos que hagas necesitarás unos accesorios u otros.

En la caja donde guardo los puentes de los protoboards guardo también estos accesorios que creo pueden ser de interés:

- cables con una pinza de caimán en un extremo
- pulsadores
- interruptores
- algún diodo LED que otro
- un pequeño altavoz
- una lamparita de incandescencia de 6V y de 12V



5. Conexionado interno

Es de suma importancia conocer como están dispuestos los contactos internos del protoboard no sólo para poder hacer bien los circuitos, sino para no dañar los componentes o incluso las fuentes de alimentación o dispositivos que conectemos.

El protoboard lo podemos dividir en dos zonas:

5.1. Lineas de alimentación

En rojo, las líneas de alimentación

En la imagen sobre estas líneas vemos arriba del protoboard un par de hileras de orificios. También en la parte mas baja vemos otras dos líneas de orificios iguales. La línea roja que he sobreescrito en la foto nos dice qué contactos están unidos en común. Vemos que cada linea está dividida en dos, es decir, están separadas en la zona central.

Podemos unir esas dos mitades con un pequeño puente y así dispondremos de esa linea a lo largo de todo el protoboard.

Estas líneas se utilizan típicamente para aplicar la tensión de alimentación que puede ser continua o alterna, o de cualquier otra naturaleza, por ejemplo, impulsos eléctricos o incluso señales digitales. A menudo hacen falta dos líneas: Positivo y negativo si es continua, o dos polos si es alterna.

Hay casos en que se utiliza una alimentación de corriente continua simétrica. Es decir, un cero, un positivo y un negativo (serían en este caso tres líneas). También existe la alimentación simétrica alterna: Un cero y los dos terminales de un transformador del tipo 6 + 6 voltios  (o 12 + 12 voltios, etc), en este caso también necesitaríamos tres líneas en el protoboard.

También puede ocurrir que el circuito que estamos ensayando necesite una tensión de entrada, al tiempo que nos proporcione una tensión de salida. Y resulta que el negativo no es común a la entrada y la salida, y por lo tanto necesitamos cuatro líneas. Si el negativo fuese común a la entrada y a la salida serían suficientes tres líneas.

Rizando el rizo, también podría ocurrir que la entrada de corriente sea alterna, y la salida sea continua, o viceversa (también aquí necesitaríamos cuatro líneas).

Si no unimos cada línea en su parte central con un pequeño puente y las dejamos independientes, tendríamos entonces ocho líneas: cuatro arriba y cuatro abajo, con lo cual el tema alimentaciones y salidas estaría mas que cubierto.




5.2. Zona de componentes

Es la parte central del protoboard, y consta de una o más filas constituídas por cinco columnas de pines. Estos cinco pines están unidos entre sí verticalmente, pero no horizontalmente. Si conectamos por ejemplo, un terminal de una resistencia, a uno de estos pines, los otros cuatro pines estarán conectados a ese terminal. Así, podemos conectar otros componentes a ese terminal de la resistencia usando cualquier de los cuatro pines de esa columna.

Hay un caso especial: Los circuitos integrados: Deben conectarse sobre el "canal" que separa a esos grupos de cinco filas. En el minuto 14:00 del vídeo se inserta un circuito integrado en la forma correcta. 

Circuito integrado pinchado correctamente en el protoboard

6. Cómo es por dentro el protoboard

En la siguiente foto se puede apreciar cómo está dispuesto el interior de un protoboard: Arriba y abajo se ven las líneas de alimentación, mientras que en la parte central podemos ver la zona de componentes formada por numerosas columnas verticales, separadas (aisladas) entre sí. Cada una de esas columnas consta de cinco agujeros o contactos.

Interior del protoboard. Disposición de los contactos

7. Componentes "pinchables" y "no pinchables"

Desafortunadamente, no todos los componentes pueden pincharse en el protoboard. Ejemplos de estos componentes son aquéllos que tienen terminales cuyo tamaño o forma no permite que sean insertados en el protoboard:

Altavoces, 
transformadores, 
semiconductores de potencia
resistencias de potencia elevada
relés
lámparas
pulsadores, interruptores...

Pero esto tiene fácil solución:

Nos serviremos de puentes de cable con una pinza de caimán en un extremo, y el otro extremo del cable estará pelado. Las pinzas las aplicamos a los terminales del componente, y el extremo pelado del cable lo insertaremos en el protoboard.

En la foto siguiente un relé forma parte de un circuito en el protoboard. Por tener este relé unos contactos demasiado gruesos se conecta mediante cables con pinzas.

Relé conectado mediante cables con pinzas

Rincón de la TEORÍA

Vamos a ver un par de fenómenos físicos interesantes desde el punto de vista de la electrónica: El efecto Skin y el efecto corona.


Efecto Skin

El efecto Skin (piel, en inglés) también conocido como "efecto pelicular" ocurre cuando un conductor es recorrido por una corriente eléctrica alterna de alta frecuencia. La corriente continua o la alterna de baja frecuencia no produce este fenómeno.

Este efecto consiste en que los electrones que forman parte de esa corriente eléctrica se desplazan por la superficie del conductor, rehusando el hacerlo por el interior. 

Esto tiene una consecuencia: Las pérdidas por efecto Joule aumentan espectacularmente. La razón de esto es que la resistencia de un conductor viene dada -entre otros factores- por la sección del conductor. Aunque la sección real del conductor es la misma independientemente de la frecuencia de la corriente que circula, se crea una "sección virtual" que es la elegida por los electrones para circular: La parte externa (piel) del cable.

Este dibujo aclarará un poco las cosas:

Efecto SKIN. Distribución de la corriente eléctrica en un cable según su frecuencia

Un ámbito donde esto tiene mucha incidencia es en la radiodifusión. Toda emisora debe unirse a la antena mediante un cable. Por ese cable van a circular corrientes de alta frecuencia y además, de alta potencia. El efecto skin aquí puede hacer que las pérdidas por efecto Joule sean inaceptables. Una forma de combatir esto es utilizar el conocido "cable de Litz", que en lugar de estar formado por un único conductor está hecho con múltiples cables aislados entre sí.

Cable de LITZ. Fuente: http://bit.ly/1gmrzId

Efecto Corona 

Cuando un conductor es sometido a alta tensión, el aire que lo rodea se puede volver conductor. Se dice que el aire es aislante eléctrico, pero no hay que olvidar que esto es cierto mientras no se supere cierta tensión.

A partir de cierto valor de tensión una pequeña parte de la electricidad circulará por el aire, se puede decir que esa electricidad se ha "fugado" del conductor eléctrico. Tal es la repulsión que sienten entre sí las cargas de idéntico signo debido a la elevada tensión. En este caso cuando hablamos de "cargas" (negativas) nos referimos al electrón, por supuesto.

El resultado es un halo de luz que rodea al objeto (efecto corona). Esa luz tiene una tonalidad azulada muy característica aunque también puede adoptar cualquier otro color: rojo, naranja,... dependiendo de la intensidad de la fuga eléctrica.

Este fenómeno supone pérdidas para la industria de distribución de energía eléctrica, pues tal distribución se realiza en forma de alta tensión, lo que la hace susceptible a este fenómeno. Para combatirlo se utilizan distintas técnicas, por ejemplo, el uso de anillos anticorona en las torres de alta tensión.

En la noche, si no hay luces que lo impidan, en las proximidades de algunas líneas de alta tensión puede apreciarse claramente este fenómeno: En algunos puntos de la línea se ven pequeñas luces. Si además hay silencio también se oye el leve zumbido que suele acompañar a este fenómeno.

Efecto corona en una línea de distribución de energía eléctrica. Fuente: http://bit.ly/1gmomZj

Otras veces, por el contrario, este fenómeno se busca deliberadamente. Como ejemplo, los generadores de gas ozono, que producen este gas basándose en una pequeña descarga silenciosa de alta tensión, es decir, se valen del efecto corona para cumplir su cometido.

Ozonizador. Generador de gas ozono. Fuente: http://bit.ly/1iNUTLd

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Cosas de internet: ¿Youtube no te notifica?

March 20, 2014, 6:32 am

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Hola!

He recibido algún comentario donde se me anima a "subir más vídeos", "a subir mas a menudo". Y me he quedado extrañado porque, aunque no soy el youtuber más activo, mi ritmo tampoco es el mas lento: Mas o menos un vídeo a la semana o cada diez días. Alguna vez he estado casi un mes sin subir nada porque un vídeo me ha llevado mucho tiempo, pero no es lo habitual.

Y dándole vueltas a la cosa, me acordé de un tema que hace ya bastante tiempo me gustaría abordar, pero no lo voy a hacer a través de un vídeo, sino con este breve artículo.

Youtube no siempre notifica...

Cuando decides suscribirte a un canal de youtube es porque no quieres perderte ningún vídeo que ese youtuber suba a su canal. O al menos esa es la teoría. Se supone que Youtube, una vez te suscribes a un canal, debería notificarte cuando se sube un nuevo vídeo a ese canal. Y esa notificación te llega mediante un claro y breve email: "Fulanito de tal ha subido un vídeo". Y tú ya decides si lo ves o no, y cuándo.

Pero no siempre es así.

Youtube no asume por omisión que tú estás interesado en los vídeos que ese youtuber al que sigues sube a la red, lo cual es una total paradoja. Pero así son las cosas.

Cada canal de youtube tiene, en su perfil, una opción que podemos marcar o desmarcar según queramos. Como digo, en teoría, cuando te suscribes, esa opción debería estar marcada por omisión. Pero no siempre lo está. Hay veces que está desmarcada, y aquí viene lo extraño: No sé que tipo de algoritmo usará Youtube pero, cuando te suscribes, algunas veces te la da marcada, otras no. Es imprevisible. Desconozco si hay algún tipo de preferencias en Youtube o es simple azar, pero yo he comprobado que los canales a los que sigo no tenían todos marcada esa opción, y tuve que marcarla yo manualmente. 

Una consecuencia de que esta opción no esté marcada es que no te enteras de la actividad de ese canal al que estás suscrito y piensas (erróneamente) que está inactivo. Claro que, para ver el contenido de ese canal, siempre está el recurso de pinchar en su nick, meterse al canal y allí, pinchando el botón "vídeos" puedes ver todo su contenido desde su primer vídeo hasta el último, pero eso tampoco es plan...

¿De qué opción estoy hablando? ¿Cómo sabemos si está marcada o no?

Cosa fácil.

A continuación, los pasos que hay que seguir para activar esta opción en el canal al que sigues. Así, Youtube te enviará una notificación (email) cada vez que ese canal suba un vídeo:

1) Entramos a cualquier vídeo del canal al que seguimos

2) Debajo de su nick veréis un botón como el de la siguiente captura de pantalla en donde pone "suscrito", y a la derecha, un engranaje. Pinchad el engranaje.

3) Ahora se abrirá un cuadro de diálogo con dos opciones. Debéis aseguraros que la opción "Quiero recibir novedades" está marcada. Si no lo está, marcadla ahora. No olvidar salir pinchando el botón "guardar", mas abajo en este mismo cuadro de diálogo.

A partir de ese momento, y mientras no desmarquéis esa opción, cada vez que ese youtuber suba un vídeo, os llegará un correo notificándolo.

Para un mejor funcionamiento de youtube y mayor satisfacción de todos, os ruego difundáis esto entre vuestros contactos.

...Y esto es todo. Un saludo!

Pila eléctrica casera. 4.5 voltios

March 20, 2014, 9:49 am

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Hay una infinidad de tipos de pila eléctrica hechos con materiales fáciles de obtener. Casi siempre involucran los mismos materiales: Un par de metales distintos que harán el papel de electrodos (uno de ellos se corroe, se gasta y la pila se agota) y un electrolito que consiste en un líquido (pila húmeda) que puede ser a base de vinagre, zumo de limón, agua con distintos añadidos e incluso hay versiones "secas" como la conocida versión de pinchar una patata con dos metales distintos.

Nueva versión de pila de agua y sal con electrodos de cobre y magnesio. 1,5 voltios por vaso. 4,5 voltios entre los tres. El doble que la anterior

Nueva versión

Uno de mis primeros vídeos trata sobre este tipo de pilas. Allí monté una pila formada por tres elementos. Cada "elemento" era un tupper, y en cada uno de ellos había un electrodo de cobre, un electrodo de zinc y un electrolito formado por agua, sal y un poco de agua oxigenada. Daba 0,8 voltios por vaso (2,4 voltios en total porque habían tres vasos conectados en serie).

En esta nueva pila que presento ahora se mantiene todo exactamente igual excepto una cosa: El electrodo negativo que antes era de zinc, ahora será de magnesio. Esto supone un incremento en el voltaje: Ahora serán 1,5 voltios en lugar de 0.8, prácticamente el doble de tensión. Es una gran ventaja, pues para obtener 4,5 voltios serán suficientes tres elementos o vasos (1,5 voltios x 3 = 4,5 voltios) mientras que en la versión anterior, para obtener esos 4,5 voltios hubieran sido necesarios el doble: Seis vasos.

¿Cómo obtener mas tensión, mas voltios?

Para obtener mas tensión no se puede hacer nada en la pila. Cada tipo de pila, cada tipo de química tiene un valor de tensión intrínseco y no se puede cambiar. La tensión dependerá de qué tipo de metales utilices como electrodos. No sirve de nada aumentar el tamaño de los electrodos, ni poner mas electrolito, ni añadir mas sal al electrolito, ni aumentar el tamaño de la pila...

La pareja cobre-zinc es bastante buena con sus 0,8 voltios por vaso y son metales fáciles de encontrar. Pero resulta que si utilizamos magnesio (en lugar de zinc) como electrodo negativo, tendremos 1,5 voltios en cada vaso, es decir, casi el doble que con el zinc.

Si no tenemos suficiente tensión con ese voltio y medio, podemos recurrir a montar varios vasos y disponerlos en serie: Se sumarán las tensiones. En este caso, vamos a montar la pila con tres vasos y obtendremos 4,5 voltios en total. Unir pilas en serie es la solución que se adopta en la industria y en las pilas comerciales para obtener mayor tensión. No hay pilas de "nueve voltios": En realidad son 6 minipilas de 1.5 voltios montadas en serie y recubiertas por un estuche que le da apariencia de ser UNA SOLA pila cuando en realidad son SEIS.

Lo mismo para las baterías de plomo de automoción. Cada acumulador de plomo genera entre 2 y 2,3 voltios. Para conseguir 12 voltios se ponen seis acumuladores en serie.

No hay otra forma de elevar la tensión (voltaje) en pilas y baterías, a no ser que recurramos a la electrónica (inversores) pero esto ya es otro asunto...

Entonces, ¿No tiene ninguna ventaja hacer la pila mas grande?

Si. Tiene ventajas, pero no para la tensión (voltaje) sino para la intensidad. 

Con una pila mas grande podremos hacer funcionar un dispositivo que tenga más consumo, mas potencia, por el cual circule más intensidad. Y además también ganamos en otra prestación: La pila durará mas. Aumentará su autonomía.

De esto tenéis un claro ejemplo en la popular pila de 1,5 voltios: Hay al menos 4 tamaños de este tipo de pila. La tensión es invariable: 1,5 voltios. Pero los modelos mas grandes de pila pueden hacer funcionar a un equipo durante mas tiempo.

Lista de componentes

Necesitaremos:

3 tuppers del tamaño mas o menos de un vaso
3 trozos de cobre. Lo mejor, tubería de buena sección
3 trozos de tubo de PVC, como separadores (no imprescindible)
3 trozos de magnesio (obtenidos de un "ánodo de sacrificio")
3 cáncamos pequeños
1 litro de agua (vale la del grifo)
2 cucharadas de sal común, sal de mesa, cloruro sódico
15-25 centímetros cúbicos de agua oxigenada (2 cucharadas colmadas)
4 cables con pinzas de caimán en sus extremos
1 dispositivo que funcione a 4,5 voltios para probar (motor, linterna, radio...)

Vamos a ver un poquito de información más sobre los componentes:


Tuppers:

Serán los recipientes que contengan los materiales de la pila. Deben ser de material aislante: Plástico, cerámica, cristal... No usar metales o materiales conductores. Procura que su tamaño sea acorde al de los electrodos.

Cobre

Como en la versión anterior, un trozo de cobre será el electrodo positivo en cada pila. Es importante que no nos den gato por liebre. Debe ser cobre-cobre, del utilizado en las cañerías de agua. Material muy utilizado en fontanería.

El mejor formato es el tubo hueco como el de la foto. Usar un diámetro generoso nos dará mas intensidad (mA) y permitirá disponer los otros elementos (separador y magnesio) en su interior.

Yo conseguí un buen trozo de esta tubería de cobre en una chatarrería a un precio razonable.

Hay que asegurarse de que el cobre no esté recubierto de óxido o suciedad. Si fuese necesario lo lijaremos. La taladradora con una herramienta de cepillo metálico es muy cómoda y rápida para esto. El cobre quedará brillante.

En el funcionamiento normal de la pila, el cobre no se gasta, no se corroe. Simplemente se recubre de óxido. Cuando veamos que está en mal estado, simplemente volvemos a lijar su superficie (interior y exterior) y quedará listo para un nuevo uso.

Para hacer las conexiones le soldé un cable con estaño. Otra opción mas sencilla e igualmente válida es ponerle -en el borde- un cable con pinza de caimán cuando vayamos a hacer las conexiones en la pila.


Tubo de PVC, separador

Hay poco que decir sobre este componente: Su función es impedir que cobre y magnesio se toquen entre sí lo que ocasionaría que la tensión en ese vaso caiga a cero. 

Importante es hacer esos taladros en las paredes de estos separadores para permitir a las corrientes de iones circular libremente. El tubo es de 40mm de diámetro.




Electrodos de magnesio

El magnesio lo vamos a obtener de un "ánodo de sacrificio" de los utilizados en calentadores eléctricos. Lo puedes encontrar en una tienda de repuestos de electrodomésticos de la "línea blanca": Lavadoras, lavaplatos, neveras...

También puedes extraerlo de un calentador en la chatarra siempre y cuando se encuentre en un estado razonable de conservación.

Este ánodo de sacrificio hace honor a su nombre: Él mismo se corroe salvando así a otros metales mas valiosos de ser corroídos. Esta barra de magnesio tiene 40 cm de largo. 

La de la foto es la mitad que resultó después de haber cortado los tres trozos que necesitábamos para este proyecto.

Es macizo, es decir, no se trata de un baño superficial. Toda la barra es magnesio. Me costó 6 euros. Aunque parece mucho, hay que tener en cuenta que es casi un Kg de magnesio. Tenemos para 6 electrodos de 65 mm de largo y con todo su grosor (realmente grande). Como usaremos 3 electrodos para este experimento, aún nos sobrarán otros 3 electrodos para otro uso. Y cada juego de tres electrodos tienen pinta de durar mucho teniendo en cuenta su grosor, pues no se trata de una simple lámina.

La única parte que considero trabajosa en este proyecto es cortar los tres trozos a 65 mm que necesitamos de esta barra. Podemos hacerlo con una sierra manual para metales. Esta medida de 65 mm es ideal porque nos permite dividir esta barra en seis trozos.

Una vez cortados los tres trozos de magnesio nos damos cuenta que no es posible aplicarles una pinza de caimán ni ninguna otra forma de conexión. Un recurso es hacer un pequeño taladro en un extremo y adosarle un herraje de tipo cáncamo: Ahí podemos aplicar los cables de conexión.

Electrodos de magnesio con su cáncamo para la conexión.

Cáncamos pequeños:

Este herraje resulta ser muy útil para hacer posible el conectar algún cable a los electrodos de magnesio. Mejor que sea pequeño: Cumplirá su función igualmente y así tendremos que hacer un taladro pequeño en el magnesio que, aunque no es muy duro, no es fácil de taladrar con medios domésticos.





Electrolito

Usaremos agua del grifo (no importa que sea agua dura). Para un litro de agua añadiremos:

- Dos cucharadas soperas de sal común, sal de cocina.

- Un par de cucharadas soperas de agua oxigenada de uso sanitario.

Y mezclamos para diluir



Sobre la sal: Su función es hacer más conductora al agua. Es bastante inútil aumentar la cantidad de sal para "mejorar" las prestaciones de la pila. No conseguiremos ninguna mejora, pero sí haremos el medio demasiado salino y desgastaremos prematuramente el magnesio.

Sobre el agua oxigenada: Su papel es servir de "despolarizante". Veremos mas sobre esto al final de este artículo.


Cables de conexión

Las conexiones se pueden hacer enrollando el cable en cada contacto, pero lo más práctico es tener a mano cables con pinzas de caimán en sus extremos. Si optas por esta solución necesitarás cuatro cables: Dos para la batería (unir los tres vasos) y dos para conectar la batería al dispositivo elegido.





Dispositivo para probar la pila

Puedes usar cualquier cosa que se te ocurra siempre que su voltaje de funcionamiento se adapte al de la pila. Esta versión de pila con tres elementos proporciona 4,5 voltios. 

El de la foto es un motor de mecánica de CD que funciona a partir de 2 voltios y admite esos 4,5 voltios sin romperse.

Montaje

Una vez reunidos los componentes el montaje es muy rápido:

1. Ponemos en cada vaso: Cobre, separador y magnesio

2. Conectamos el magnesio de la primera al cobre de la segunda. El magnesio de la segunda al cobre de la tercera. Quedarán libres: Un cobre en la primera (será el polo positivo de la batería) y un magnesio en la tercera (el polo negativo de la batería)

3. Añadimos el electrolito a los vasos.

Nada más comenzar a llenar el tercer vaso, la batería empezará a entregar tensión de forma inmediata.

Cuando terminemos de utilizar la batería...

Dado el gran tamaño del electrodo de magnesio es fácil que después de haber utilizado la batería, dichos electrodos aún estén intactos o muy poco gastados, lo que nos permitirá usarlos muchas veces. 

Para conservar la batería en vistas a un nuevo uso haremos esto:

1) Sacamos fuera de la batería los electrodos de magnesio, los enjuagamos con agua y los secamos

2) Hacemos lo mismo con los electrodos de cobre

3) Enjuagamos los separadores de PVC

4) Desechamos el electrolito

5) No está de mas enjuagar también los vasos o tuppers

Cuando vayamos a montar otra vez la batería echaremos un vistazo a los electrodos de cobre. Si los vemos oxidados o el cobre aparece muy "apagado" por estar recubierto de alguna sustancia, lo lijaremos para que ofrezca su superficie al electrolito.

Prestaciones

Según veis en el vídeo, las prestaciones son:

- Tensión: 4,43 voltios, es decir: 1,47 voltios por vaso.

- Intensidad máxima (cortocircuito): 205 mA. Si la condición de cortocircuito se mantiene, la intensidad disminuye lentamente (totalmente normal).

La autonomía no la he comprobado y dependerá en gran manera de la carga que se le conecte. No es lo mismo alimentar un diodo led que... nueve.

Pero me aventuro a decir que la duración será extraordinaria para tratarse de una pila casera, pues a diferencia del zinc, no se trata de una fina película de zinc (y aún así duraba horas) sino de un grueso y macizo electrodo de magnesio.

Si tu batería se niega a funcionar...

Si montas esta batería y no te funciona, comprueba:

- los vasos deben ser de material aislante
- los electrodos de cobre y magnesio no deben tocarse entre sí.
- los cables para hacer las uniones deben hacer buen contacto.
- Que el cobre sea realmente cobre
- Después de guardado un tiempo, el cobre tiene tendencia a oxidarse superficialmente. El óxido es aislante. Un cable que simplemente roce al cobre no tiene porqué estar haciendo un buen contacto. Cuidar esto. Lijar el cobre si es necesario. Debe ofrecer una superficie brillante.

Este es un proyecto sencillo y tiene que funcionar, si o sí...




El fenómeno de la polarización

Cuando pones una pila a funcionar se producen reacciones químicas en su interior entre los electrodos y el electrolito. Algunas de esas reacciones son las reacciones útiles que nos dan la electrididad. Pero otras reacciones generan subproductos que envuelven a uno de los electrodos y lo aíslan, ya que esas sustancias generadas no son buenas conductoras de la electricidad. La pila entonces baja su rendimiento o incluso deja de funcionar.

Se dice entonces que la pila se ha "polarizado".

En este tipo de pila húmeda la polarización ocurre cuando se forman burbujas de gas hidrógeno que se adhieren al polo negativo (magnesio). El hidrógeno gaseoso es aislante de modo que a los pocos segundos la pila deja de funcionar.

Agua oxigenada como DESPOLARIZANTE en esta pila

La solución consiste en añadir al electrolito una pequeña cantidad de agua oxigenada que tiene mucha afinidad por el hidrógeno gaseoso. Se combina con él y lo hace desaparecer como burbuja. El magnesio se ve entonces libre de ese hidrógeno y la pila funcionará a plena potencia.

No es mucha la cantidad de agua oxigenada requerida. Para esta pila es suficiente con verter 15-25 cc en el litro de agua que usaremos para hacer el electrolito.




¿Cuánto dura esta pila?

Esta pila tiene varias "duraciones".

Por un lado, tenemos el hecho de usarla durante un rato, digamos una hora o dos... ¿Qué hacemos a continuación? Si no la vamos a usar pronto, lo mejor será desmontarla para preservar la vida de los electrodos: Vaciamos el agua, enjuagamos los electrodos, los secamos y guardamos todo.

Si la vamos a usar durante muchas horas seguidas, esta batería se ha comportado así:

Con un consumo de 50 mA (una lámpara de 9 diodos led de alto brillo) dura unas seis horas a plena potencia. A partir de ahí, el brillo de la lámpara comenzó a decaer. La batería recobra su fuerza original reponiendo un poco de agua oxigenada en cada vaso. Hay que tener en cuenta que el agua oxigenada se gasta al combinarse químicamente con el hidrógeno gaseoso que se genera en el electrolito. Con esto tendremos para seis horas mas.

Pasadas esas seis horas vuelve a ocurrir lo mismo: Baja el brillo de la lámpara. Volvemos a reponer - por segunda vez- un poco de agua oxigenada, lo que nos dará otra vez unas seis horas.

Llegados a este punto, si vamos a seguir usando la pila, recomiendo reponer el electrolito, es decir, poner agua y sal nueva con su agua oxigenada.

Otra "duración" de esta pila es la del electrodo de magnesio. En el test al que se sometió la pila, los electrodos no vieron reducido su tamaño, no al menos de forma medible. Y eso a pesar de estar casi 24 horas funcionando sin parar. Sólo se apreciaba una leve corrosión supercial sin pérdida aparente de masa.

Es de esperar que, con el tiempo, el magnesio vaya reduciendo su tamaño (por corrosión) hasta llegar a quedar convertido en un fino alambre, y entonces debe ser sustituido. Haciendo cálculos a ojo, si después de 24 horas de uso no se ve desgaste, estos electrodos de magnesio, con sus 26 mm de diámetro pueden durar muchos días de uso, quizás veinte...o más.

El vídeo sobre cómo hacer la pila:

Vídeo sobre la autonomía o duración de esta pila

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Tutorial Electrónica Básica. 08. El TIRISTOR

April 4, 2014, 11:21 am

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1. Qué es y para qué sirve un tiristor

Un tiristor o SCR (Silicon Controlled Rectifier: Rectificador Controlado de Silicio) es un componente electrónico que se comporta como un interruptor. y al igual que éste, tiene dos estados: 

1) En conducción: Deja pasar la corriente sin apenas resistencia, 
2) Bloqueado: No la deja pasar. 

Tiene tres terminales (cátodo, ánodo y puerta) y se presenta en distintos encapsulados, siendo uno de los mas frecuentes el TO220

Como interruptor electrónico que es, sirve para trabajos de conmutación. Hay tiristores para muy distintas potencias, desde tan pequeños que sólo pueden manejar potencias de unos pocos mW, hasta potencias de muchos miles de vatios.

Distintos encapsulados para distintas potencias en los tiristores. Fuente: http://www.tme.eu/html/ES/indice-de-tiristores-segun-corriente/ramka_422_ES_pelny.html

El tiristor es unidireccional, como un diodo. Sólo deja pasar la corriente en un sentido.




2. Identificación de terminales: Cátodo, ánodo, puerta

Identificación de terminales en un tiristor. (K)Cátodo, (A)ánodo y (G)puerta

Los tres terminales de un tiristor o SCR son:

- Cátodo: Se le conecta el polo negativo

- Ánodo: se le conecta el polo positivo

- Puerta (Gate): Es el terminal que controla al tiristor.
 



3. Funcionamiento

El tiristor se debe polarizar directamente para que funcione: Negativo al cátodo y positivo al ánodo. Si se polariza inversamente no funciona (nunca deja pasar la corriente). Por supuesto, si la polarización (ya sea directa o inversa) sobrepasa un límite, el tiristor se destruye.

Una vez polarizado directamente es como un interruptor abierto: No conducirá.

Si aplicamos al terminal puerta un impulso positivo (respecto del cátodo), y ese impulso tiene magnitud y duración suficiente, el tiristor se "dispara": Comienza a conducir. Y lo va a seguir haciendo aunque dicho impulso positivo en la puerta cese. Es la característica conocida como "enclavamiento": No es necesario mantener la acción que creó el disparo para que el tiristor conduzca indefinidamente.

Un tiristor deja de conducir cuando la corriente que lo atraviesa es menor que la conocida como "corriente de mantenimiento". Al hecho de "apagar" un tiristor, es decir, hacer que deje de conducir se le conoce como "extinguir" al tiristor. Esto se puede conseguir de muchas maneras, aquí van tres:

1. Interrumpiendo la alimentación, ya sea en el ánodo o en el cátodo. Cuando restablezcamos la alimentación, el tiristor ya no conducirá (a no ser que el tiristor esté recibiendo en la puerta un impulso positivo, en cuyo caso será disparado nuevamente).

2. Aumentando la resistencia de la línea cátodo-ánodo del tiristor, haciéndola de tal valor que la corriente que lo atraviesa sea menor que la de mantenimiento.

3. Polarizando inversamente el tiristor, aunque sea un instante.

Cualquiera de las tres acciones anteriores se puede hacer manualmente mediante una intervención nuestra, o se puede hacer automáticamente por medio de un circuito que lo haga por nosotros.

No hay forma de "apagar" un tiristor utilizando el mismo terminal que sirvió 
para activarlo: La puerta. Este terminal de puerta sólo sirve para dispararlo, no para extinguirlo. Esto tiene una excepción: El GTO, un tipo especial de tiristor que sí permite la extinción del mismo aplicando un impulso negativo a la puerta.

El tiristor es un dispositivo con clara vocación de CONMUTACIÓN. Conduce "Todo" o "Nada", como un interruptor, no tiene estados intermedios.

Queda por decir que la forma habitual de disparar un tiristor es -como hemos visto- aplicando un impulso positivo (respecto del cátodo) a su puerta. Pero hay otras formas:

- Iluminando la unión cátodo-puerta (tiristor activado por luz)
- Aumento de la temperatura
- Aumento de la tensión ánodo-cátodo por encima de cierto valor
- Incremento rápido de la tensión ánodo-cátodo: Lo que importa no es la variación en voltios (que puede ser una variación muy pequeña) sino que el tiempo empleado en esa variación sea muy breve.



4. Curva típica de un tiristor y características principales

Curva de un tiristor

En esta gráfica se muestra, mediante varias curvas, las distintas maneras de funcionar un tiristor:

1) En azul, polarización directa SIN aplicar corriente a puerta
2) En negro, polarización directa aplicando distintas tensiones a puerta

Según la gráfica, vemos que el tiristor no conduce si se aplica tensión inversa, y si se sobrepasa una tensión, el tiristor se destruye por el fenómeno avalancha. Igual que un diodo.

En polarización directa (sin aplicar tensión en puerta, gráfica azul) el tiristor no conduce hasta llegar a un voltaje, momento en que "se dispara" y entonces se comporta como un diodo. Pequeños incrementos de tensión suponen grandes incrementos de intensidad. Hay dos intensidades importantes en este momento: La intensidad máxima que puede conducir sin ser destruido I(max) y la intensidad mínima para mantener la corriente, I(h) llamada corriente de mantenimiento o corriente de enclavamiento. Si la intensidad disminuye por debajo de ese valor, el tiristor deja de conducir y no lo hará de nuevo hasta que sea disparado otra vez (aplicando un impulso en puerta).

También en polarización directa vemos en la gráfica las curvas de color negro: Si aplicamos un impulso positivo en el terminal puerta, el tiristor se dispara antes. Y cuanto mas voltaje tenga ese impulso, antes se disparará.




5. Parámetros o características de un tiristor

Un tiristor tiene innumerables parámetros, encaminados a definir claramente su comportamiento. Algunos de estos parámetros son tan específicos como por ejemplo, el tiempo de retardo T(d): Tiempo que pasa desde que la corriente de puerta alcanza la mitad de su valor final hasta que la corriente cátodo-ánodo supera el 10% del valor máximo.

Muchas características tan detalladas como la anterior las encontrareis en la hoja de especificaciones del tiristor en cuestión.

La mayoría de las veces será suficiente con disponer de los parámetros siguientes:

Parámetros ánodo-cátodo

VDRM: Tensión directa máxima ánodo-cátodo
VRRM: Idem, pero tensión inversa.
I(t): Corriente máxima que puede circular por el triac sin ser destruido
I(h): Corriente mínima de mantenimiento. Por debajo de I(h), se extingue

Parámetros de la puerta (gate):

I(GT): Corriente máxima a circular por la puerta sin destruir al tiristor
V(GT): Tensión mínima necesaria en la puerta para disparar al tiristor
I(GT): Intensidad mínima necesaria en la puerta para disparar al tiristor
V(GD): Tensión máxima en puerta que NO dispara al tiristor
t(gt): Tiempo de encendido del tiristor

Estos valores y muchos más los podéis consultar en esta tabla:

DataSheet. Parámetros típicos de un tiristor


Se fabrican tiristores para voltajes de varios miles de voltios e intensidades de más de 1000 amperios, lo que les permite ser utilizados en regulación de potencia para vehículos eléctricos.

En electrónica "común" lo normal son tensiones de trabajo máximas de 600 voltios y 25 Amperios de intensidad. Esto ya se considera un valor mas que suficiente para la mayoría de las aplicaciones.



Tipos de tiristor

Hay al menos nueve tipos de tiristor, vamos a ver los cinco más comunes:

1) SCR (el tiristor común)
Todo lo visto hasta ahora es sobre este tipo de tiristor. Recordando: Es como un interruptor direccional (solo deja pasar la corriente en un sentido). Se puede disparar de varias formas, pero lo común es hacerlo aplicando un impulso positivo en la puerta.

2) LASCR (activado por luz)
En lugar de dispararlo mediante un impulso positivo en su puerta como se hace con el SCR común, se ilumina la unión cátodo-puerta. Esto nos recuerda al fototransistor, que en lugar del terminal "base" tiene una ventana que al iluminarla, produce la saturación de dicho transistor.

3) Diac (Diodo bidireccional)
Este componente tiene sólo dos terminales, y conduce en ambos sentidos, pero sólo cuando la tensión excede de cierto valor, típicamente unos 30 voltios. Si la intensidad decae por debajo de cierto valor, también se extingue (deja de conducir). Su uso típico es disparar otro tipo de tiristor: El Triac, que ahora veremos.

Su funcionamiento se asemeja a la lampara de neón, con una diferencia: Mientras que el diac se dispara (conduce) a partir de unos 30 voltios, la lámpara de neón lo hace a una tensión sensiblemente superior: Unos 90 voltios.

Diac

4) Triac (SCR bidireccional)
Este es un componente muy conocido por la mayoría de los aficionados a la electrónica. Es utilizado en infinidad de circuitos especialmente circuitos de potencia, alimentación, reguladores...

Triac. Aquí no hay cátodo y ánodo como en el tiristor sino "ánodo 1 y 2" ya que el triac es bidireccional

El equivalente de un triac son dos tiristores SCR montados en antiparalelo. De este modo, la conducción es en ambos sentidos, es decir, si se le aplica corriente alterna conduce en ambos semiciclos... siempre que se le aplique un impulso a puerta, claro está.

En lugar de ánodo y cátodo sus terminales se denominan A1 y A2. Y no tiene dos puertas como cabría esperar, sino sólo una puerta en común para ambos sentidos de la corriente.

Una aplicación muy común para el triac es actuar como control en los dimmers o reguladores de tensión, que permiten obtener una variada gama de voltajes, desde prácticamente cero hasta la máxima empleada. Podéis ver un ejemplo de esto en uno de los vídeos de mi serie "Circuitos Útiles", se trata de un regulador al que se le hacen entrar 220V (también vale para 125V) y devuelve a la salida una tensión que puede ir desde unos pocos voltios hasta ése máximo (240 ó 125 según el caso):

Cómo hacer un regulador de tensión hasta para 3.8 Kw con TRIAC

Con este circuito podemos hacer funcionar a distintas velocidades a un motor eléctrico, variar la intensidad luminosa de una lámpara, variar la fuerza del campo electromagnético de una bobina...

En el vídeo del enlace anterior, en el minuto 5:32 hay una breve explicación sobre la manera de conseguir que el Triac regule la tensión por medio de impulsos oportunamente aplicados en su puerta.


5) GTO (posibilidad de extinción por impulso negativo en puerta)
Los primeros tiristores no tenían forma de ser extinguidos mediante el uso de la puerta. Ésta sólo servía para disparar el tiristor. La aparición del GTO (Gate Turn-Off: Apagado por puerta) hizo posible esto. 

Con un GTO, y mediante el artificio electrónico correspondiente, podemos conseguir la extinción mediante impulsos negativos en la puerta. Es decir, el GTO se dispara con un impulso positivo (como un SCR normal), y se extingue con un impulso negativo.




Símbolo usado en los esquemas para el tiristor

En esta tabla, los símbolos mas frecuentes usados para representar un tiristor en un esquema electrónico:

Símbolos utilizados en los esquemas para representar un tiristor. En esta tabla los cinco tipos más conocidos

Algunas aplicaciones de los tiristores

Son utilizados en una gran variedad de aplicaciones, entre las más frecuentes tenemos: Regulación de corriente con lo cual se puede conseguir variación en la velocidad de un motor, variación de temperatura en una resistencia eléctrica, variación de luminosidad en una luz, y muchas variables físicas más según sea el dispositivo controlado.

También se usa como dispositivo de disparo de alarmas, en circuitos de flash, automatismos industriales...

Un ejemplo de aplicación práctica de los tiristores en uno de mis vídeos lo tenéis aquí:

Flash esclavo por 4 euros. Con un TRIAC y una cámara desechable


En el vídeo anterior se describe como hacer un flash esclavo por muy poco dinero, aprovechando una cámara de fotos desechable. En funcionamiento normal, el flash se activa cuando accionamos el pulsador para tirar una foto. La modificación en este montaje consiste en que el flash no se disparará por la acción de nuestro dedo al pulsar el botón. Será un fotodiodo el encargado de detectar que ha ocurrido un destello (el flash principal), ese fotodiodo aplicará una tensión positiva en la puerta de un pequeño tiristor. Al dispararse el tiristor, toda la carga de un condensador electrolítico circulará a través de él. Y con esto se activará el flash. Todo esto ocurre a una velocidad cercana a la de la luz, de modo que ambos flashes ocurren de forma prácticamente simultánea. Este es el concepto del flash esclavo.

Otro ejemplo lo podemos ver en el minuto 4:27 del vídeo de este capítulo 8, con un experimento sobre la mesa, donde hay dos hilos conductores muy próximos entre sí, pero sin tocarse. Uno de estos hilos está conectado a la puerta de un tiristor, y el otro al ánodo (tensión positiva). En estado normal el tiristor no conduce, pero cuando hace acto de aparición el agua y moja ambos hilos, una pequeña corriente pasa desde el ánodo a la puerta (a través de la misma agua) lo que provoca el disparo del tiristor. Esto es básicamente una alarma de presencia de agua.



Cómo comprobar un tiristor

Comprobar un tiristor es bastante fácil. Vamos a ver los tres tipos mas frecuentes:

Comprobar un SCR
Lo mejor es, si se dispone de protoboard, montarlo ahí. En otro caso, usaremos pinzas de caimán para conectarlas a los terminales del tiristor. 

Respetando la polaridad, conectamos el tiristor a una tensión continua, por ejemplo, 12 voltios: Positivo al ánodo y negativo al cátodo. Ponemos en serie con el tiristor una lamparita de 12 voltios, o en su defecto, el polímetro seleccionado en intensidad. Tanto la lámpara como el polímetro nos harán saber si el tiristor conduce o no. 

El tiristor no debe conducir aunque le apliquemos esta tensión. Si lo hace es que está mal, está cruzado o cortocircuitado.

A continuación aplicamos el positivo al terminal de puerta. El tiristor debe conducir indefinidamente aunque retiremos el impulso a puerta. Si no entra en conducción o se extingue cuando retiramos el impulso de puerta es que el tiristor está mal. Debemos asegurarnos que la tensión con la que estamos alimentando al tiristor es capaz de suministrar una corriente igual o superior a I(h) la corriente de mantenimiento.

En este caso se ha aplicado la tensión de ánodo directamente a puerta porque proviene de una fuente de alimentación limitada en intensidad, pero esto no debe hacerse en un circuito real porque el tiristor se destruiría inmediatamente. Un tiristor puede manejar potencias grandes en sus terminales cátodo-ánodo, pero no en el terminal puerta que sólo admite pequeñas tensiones y corrientes.


Comprobar un DIAC
Mediremos con el polímetro en ambos sentidos en la escala de resistencia (ohmios), debe dar una lectura elevada (infinito), como un diodo. Si la lectura es de unos pocos ohmios el Diac estará cruzado, inservible. Cuidado con tocar las puntas de prueba con nuestras manos: falsearíamos la lectura.

Para comprobar que el diac conduce, puesto que el valor de tensión que hay que superar es de unos 30 voltios, haremos un truco: Uniremos un extremo del diac a un destornillador buscapolos, y con el otro extremo del diac tocaremos los dos polos de un enchufe de corriente alterna. El buscapolos debe encenderse en uno de los dos polos, señal de que el diac está dejando pasar la corriente. Si no lo hace en ninguno de los polos es que el Diac está no conduce, está cortado: No vale.


Comprobar un TRIAC
Todas las averías que he visto en triacs consisten en que éste se cruza.

Para comprobar un triac no hace falta que le apliquemos tensión: Aplicamos las puntas de prueba en sus terminales A1 y A2 y debe dar una lectura infinita o muy alta. Si da una lectura cero ohmios o cerca de cero, el triac está mal.

Por supuesto, también podemos hacer un montaje como en el caso del SCR, pero en este caso haremos DOS medidas ya que el Triac es bidireccional. Debe comportarse como el SCR en cada una de las dos medidas.



Rincón de la TEORÍA

El espectro electromagnético

El espectro electromagnético es el compendio de todas las frecuencias posibles de la radiación electromagnética.

Representación gráfica del espectro electromagnético. Fuente: Wikipedia

La radiación electromagnética tiene una frecuencia, una longitud de onda, que puede ir desde unos pocos Herzios (ciclos por segundo) como es el caso de las ondas de radio de frecuencia más baja, a trillones de hertzios como en el caso de las radiaciones gamma más energéticas.

Aunque el espectro es un continuo, a medida que lo vamos recorriendo y la frecuencia va aumentando, la radiación se comporta de distinto modo. Por eso, el espectro está subdividido en las siguientes clases de radiación:

De menos frecuencia a más:

1) Ondas de radio
2) Microondas
3) Infrarrojo
4) Luz visible
5) Ultravioleta
6) Rayos X
7) Rayos Gamma

Vamos a ver algo sobre cada una de estas radiaciones:

1) ONDAS DE RADIO:
Toda corriente eléctrica produce ondas de radio de una frecuencia igual a la de esa corriente eléctrica. Cuando esa onda de radio, después de viajar por el aire o el vacío, llega a un objeto conductor, induce en éste una pequeña corriente eléctrica que sigue el mismo patrón de frecuencia y forma que la corriente original. Este es el principio de las telecomunicaciones inalámbrica: Radio, TV, satélite, telefonía, radioaficionados...

La naturaleza también produce ondas de radio, por ejemplo, en las tormentas: Cada rayo es una gigantesca antena de radio que emite en muchas frecuencias de radio. de modo que se puede captar un chasquido característico en una radio AM si se sintoniza en un punto donde no haya emisoras. En FM no funciona este truco porque la FM tiene un sistema supresor de ruido muy eficaz que silencia ese chasquido.

Las ondas de radio tienen un rango de frecuencias bastante amplio. Van desde unos pocos Hz (Herzios: ciclos por segundo) hasta varios GHz (GigaHerzios): miles de millones de herzios.

Las ondas de radio están cuidadosamente clasificadas y asignadas para cada actividad con el fin de evitar que las comunicaciones se interfieran entre sí y se conviertan en un caos.


2) MICROONDAS
Por encima de las ondas de radio (a veces confundiéndose con ellas en las frecuencias más altas, pues ambas se solapan) están las microondas que 
siguen siendo ondas de radio, pero con unas características especiales.

Es posible dotar a las microondas de cierta direccionalidad, de hacer que se comporten similar a la luz: Viajar en forma de haz.

Esta característica hace idóneas a las microondas para emplearlas en dispositivos como los radares: Se emite un paquete de microondas, si hay un objeto una parte de estas microondas rebotan y vuelven a ser captadas por la misma antena que las emitió. Por el tiempo que tardan en ir y volver estas ondas se deduce la distancia a la cual está ese objeto. Asímismo, la antena es giratoria y también puede deducirse la posición angular del objeto. Juntando ambos datos (distancia y posición angular) puede mostrarse en una pantalla de forma gráfica con bastante precisión y detalle la posición, forma, tamaño, velocidad, etc de ese objeto.

Radar meteorológico. Fuente: Wikipedia

Las microondas también tienen la particularidad de calentar objetos en cuya composición esté el agua. Cualidad explotada en los hornos microondas. El dispositivo que produce y emite las microondas es el magnetrón.

Magnetrón, el componente que genera las microonads en un horno Fuente: http://www.stereosl.com/sp/index.html

Las microondas también se utilizan en sistemas de comunicaciones.


3) INFRARROJO
A continuación de las microondas, a una frecuencia mayor (una longitud de onda menor) nos encontramos con la radiación infrarroja. Suele subdividirse en dos rangos: Infrarrojo lejano y cercano. Lo de "lejano" y "cercano" se refiere a la distancia a la que se encuentra ese infrarrojo respecto de la luz visible que sería la siguiente franja en el espectro.

El infrarrojo lejano viene justo después de las microondas. Esta radiación es emitida por todo objeto que tenga una temperatura superior al cero absoluto (0º Kelvin). Es decir: Por todos los objetos.

Encontramos aplicaciones prácticas para el infrarrojo lejano en un tipo de alarma conocida como "detector de presencia". Un sensor de esta radiación detecta nuestra presencia por el calor corporal emitido. Una lente facetada conocida como "lente fresnel" hace que, cuando nos movemos, el sensor capte una ráfaga de impulsos de infrarrojo lo que hace disparar la alarma.

Sensor de presencia por infrarrojos. Fuente: http://www.archiexpo.es

El infrarrojo, y especialmente el infarrojo lejano, es ampliamente usado en el ámbito militar y armamentístico: Los equipos de visión nocturna están basados en el infarrojo. Misiles especializados en detectar, perseguir y derribar aviones basados en una cabeza buscadora sensible a los infrarrojos lejanos emitidos por los motores de un avión, en una longitud de onda de unos 4 µm. Lo mismo para sistemas que permiten responder a un cañón basándose en el calor que desprende ese cañón tras haber hecho el primer disparo.

Cabeza buscadora de IR en misil. Fuente: http://z12.invisionfree.com

Esta tecnología militar ha derivado en una versión civil bastante prometedora: La alerta temprana de incendios forestales. Por ejemplo, el sistema BOSQUE, enteramente español, está basado en el sistema antimisil MEROKA, pero en vez de detectar misiles detecta incendios forestales, y lo hace con tanta precisión que es capaz de detectar un incendio de tan sólo 1 metro cuadrado a 10 kilómetros de distancia. Esto hace posible atajar el fuego cuando aún es pequeño y manejable con brigadas de intervención rápida helitransportadas.

Por encima de los infrarrojos lejanos, es decir, a una frecuencia mayor, estan los infrarrojos cercanos, justo por debajo de la luz visible.

Este tipo de radiación se utiliza ampliamente para comunicaciones a cortas distancias, y es el tipo de radiación que comunica nuestros mandos a distancia con los distintos dispositivos gobernados: TV, aire acondicionado, equipo musical...

También se usan frecuentemente en optoacopladores en circuitos electrónicos, en la industria, automatismos...

Actualmente, la práctica totalidad de mandos a distancia utilizan el infrarrojo cercano para comunicarse con los equipos. Los primeros mandos a distancia usaban ultrasonidos. Fuente: http://www.vivanco.es

4) LUZ VISIBLE
Llegamos a un punto en el espectro (electromagnético) en que los infrarrojos se convierten ya en luz visible y comienza con el rojo. Según vamos avanzando y subiendo la frecuencia el color torna hasta llegar al violeta, el último color visible para nosotros.

Fuente: http://photography.nationalgeographic.com

Aparte de los usos obvios de la luz visible, es posible hacer sistemas de comunicaciones basados en luz visible mediante la fibra óptica: Por su interior circula la luz y no se pierde ni se fuga al exterior precisamente por la naturaleza de la fibra óptica. En un extremo hay un emisor, y en el otro extremo habrá un receptor. La fibra óptica tiene la ventaja de su mayor capacidad de transmisión respecto del cable, y también ser bastante inmune a interferencias.


5) ULTRAVIOLETA
Más allá de la luz visible, continua el espectro con la radiación ultravioleta que nosotros no podemos ver pero sí es visible para muchos animales.

A partir de los ultravioleta las radiaciones del espectro comienzan a ser bastante energéticas, por ejemplo, los ultravioleta pueden interactuar con la materia rompiendo enlaces químicos, lo que los hace dañinos para los seres vivos. Los ultravioleta, junto con rayos X y gamma pertenecen al grupo de "radiaciones ionizantes".

Los ultravioleta se dividen en varias franjas o tipos según su longitud de onda. Al igual que en el caso de los infrarrojos existen ultravioletas cercanos y lejanos. Los primeros a su vez se subdividen en: UVA, UVB y UVC. El Sol es una fuente de este tipo de radiación.

UVC: Son los más dañinos, letales para la vida. Afortunadamente son bloqueados por completo en la capa de ozono así como por el oxígeno.

UVB y UVA: Bloqueados parcialmente. Los UVB son dañinos aunque no tanto como los UVC. Son los responsables de las enfermedades de la piel y mutaciones genéticas. Los UVA son los menos perjudiciales y los causantes del bronceado en la piel por exposición al Sol.

Este tipo de radiación tiene muchos usos:

- Como agente desinfectante y esterilizador con ventaja sobre los productos químicos: No deja resíduo ni altera al producto tratado.

- Técnicas de impresión y fotografía. Por ejemplo: revelado de placas para elaboración de circuitos impresos

- Ciencia forense

- Lámparas e iluminación de espectaculos


6) RAYOS X
Son producidos por deceleración o frenado de electrones a alta velocidad. Es también un radiación ionizante y puede producir daños a tejidos vivos si la exposición es prolongada o muy intensa.

Son capaces de atravesar en mayor o menor medida materia opaca con grosores considerables. Esta cualidad les hace ser útiles en medicina para hacer radiografias

Otros usos de los rayos X son: En astronomía, en telescopios que operan en esa longitud de onda.

Fuente: http://cuentos-cuanticos.com

Una anécdota acerca de los rayos X recién descubiertos, cuando no se sabía de su peligro, es que muchas zapaterías decidieron instalar un "fluoroscopio", un dispositivo que apuntaba un haz de rayos X a los pies del cliente. Tenía tres visores: Uno para el cliente, otro para el acompañante (Los padres en el caso de que el cliente fuese un niño) y otro para el vendedor. Todos quedaban expuestos a dosis de radiación que hoy serían totalmente inaceptables. Estuvieron en funcionamiento mas de 30 años. La peor parte fue lógicamente para los vendedores que se exponían a diario...

Otra anécdota me sucedió a mí...

Hace unos días, editando un vídeo me dí cuenta de que al extraer un poco de cinta adhesiva el sonido de la cámara se desvaneció. No le di importancia, borré y repetí la toma. Mas tarde, me enteré del sorprendente hecho de que al despegar cinta adhesiva ¡¡se producen rayos X!! y no parece un bulo.

En el actual vídeo, en el minuto 25:00 decido hacer la prueba: Me pongo a contar del 1 al 10 (para grabar sonido) al tiempo que despego cinta adhesiva. Después, editando el vídeo quedo totalmente sorprendido al comprobar, otra vez, que mi cámara de vídeo en lugar de grabar el sonido de la cinta adhesiva (como cualquier otro sonido), lo que hacía era desvanecer el sonido.

No voy a afirmar que la causa sean rayos X, pues se afirma que para producirlos tiene que hacerse en el vacío, en ese caso será alguna otra radiación (aunque sea simple electricidad estática), pero es sorprendente primero, la magnitud del efecto, y segundo, la distancia a la cual ese efecto es capaz de hacerse sentir: Entre la cinta adhesiva y mi cámara de vídeo había aproximadamente un metro de distancia.


7) RAYOS GAMMA

La radiación mas al extremo del espectro. La de menor longitud de onda (mayor frecuencia) y, por supuesto, ionizante. La más energética.

Se origina en procesos de desintegración atómicos en ciertas sustancias por ejemplo, el Americio 241. La radiación Gamma es una de las distintas clases de radiactividad (junto con las partículas Alfa y los rayos Beta) y no hace falta decir que también supone una amenaza para los tejidos vivos.

El espacio exterior es una fuente común de este tipo de radiacion, especialmente en el centro de las galaxias donde la acumulación de estrellas es mucho mayor. Detrás de estas emisiones suele haber fenómenos violentos tales como supernovas.

A pesar de su peligrosidad, en dosis reducidas y concentrando los rayos en zonas muy localizadas, son útiles en medicina y cirugía.

También sirven para detectar fallas en estructuras tales como cisternas o depósitos en una fase muy temprana, cuando el fallo es aún una fisura microscópica.

Los rayos Gamma cada vez se utilizan más en el entorno alimentario, por ejemplo, se irradian frutas y verduras para evitar su germinación o el exceso de maduración. No deja resíduo ni altera las características de los alimentos.




EL VÍDEO:

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Circuitos ÚTILES. 04. Fuente SIN transformador. Luz nocturna

April 13, 2014, 5:51 am

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La electricidad que nos llega a casa lo hace con una tensión de 220 voltios (125 voltios en muchos países). Y además esa corriente es alterna. Muchos dispositivos funcionan a una tensión bastante menor y en forma de corriente continua, no alterna. Para hacer esa conversión sirven unos circuitos conocidos como "fuentes de alimentación". Estas fuentes de alimentación casi siempre están basadas en un transformador que reduce la tensión de 220V al valor deseado (3, 6, 9, 12,... voltios) y después se rectifica y filtra con ayuda de diodos, condensadores, etc.

Pero... ¿Es posible hacer esa conversión con una fuente tan sencilla que no necesite un transformador?

Si, es posible

Al prescindir de transformador, la fuente resulta:

- Mas barata: La mayor parte del coste de una fuente es del transformador
- Mucho más liviana: También la mayor parte del peso es del... transformador
- Tamaño mas reducido: El transformador ocupa mucho volumen

Típico transformador empleado en fuentes de alimentación http://www.masoportunidades.com.ar

El esquema de la fuente sin transformador es este:

Fuente sin transformador. De 2,2 a 18 voltios, intensidad máx: 150 mA

Lista de componentes:
- Un trozo de circuito impreso de aproximadamente 70 mm x 50 mm
- c1: condensador tipo plástico, 250 volts, capacidad: Lo veremos...
- c2: condensador electrolítico 100µf/25v
- c3: condensador electrolítico 1000µf/25v
- r1: resistencia 1 MegaOhm 1/2 W
- r2: resistencia 220 ohm 2 W (o 5W si el consumo es > 70 mA)
- d1, d2: dos diodos genéricos tipo 1N4007 o similar
- F1: Fusible de 250V/0.5 Amp.
- dz1: diodo zener del mismo voltaje que el dispositivo a alimentar
- Algo para conectar como carga. Yo he usado diodos LED de alto brillo, de los grandes (10 mm de diámetro) con un voltaje de alimentación de entre 3-3.4 voltios y un consumo de 24 mA a 3.1 voltios.

Como veis, los componentes anteriores son absolutamente estándar, y están en cualquier tienda de electrónica. Mención especial para el zener, sólo para decir que se fabrican en voltajes desde 2,2 voltios hasta 200 voltios, en incrementos pequeños (a veces sólo décimas de voltio para los valores iniciales). Esto nos permite tener siempre un valor que se adapte a nuestro uso. Por ejemplo, los valores iniciales para un zener son:

2.2, 2.7, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1, 10, 11, 12, 13, 13.8, 15, 16, 18...

Aunque hay zener para voltajes mas elevados (hasta 200V), debemos limitarnos a la lista anterior ya que esta fuente está hecha para entregar un máximo de 18 voltios.


Funcionamiento:

En el esquema, a la izquierda vemos la entrada de corriente alterna que puede ser desde 80V hasta 240V, por lo tanto, también vale para 125 voltios. En la línea de arriba nos encontramos con C1 cuya función es debilitar el paso de la corriente. En paralelo con C1 está la resistencia R1 que tiene el fin de favorecer la descarga de C1 cuando desconectamos la fuente de la red, así podremos manipularla sin riesgo de recibir una descarga ya que C1 se quedaría cargado a la tensión de red.

A continuación, D1 y D2 rectifican la corriente alterna y la convierten a continua. C2 y C3 se encargan de "aplanar" esa corriente continua aún pulsante de modo que la corriente queda filtrada.

Finalmente, R2 y el zener DZ1 se encargan de estabilizar la tensión al valor del zener elegido. Si ponemos un zener de 3.3 voltios tendremos a la salida una tensión de prácticamente ese valor. Y así con cualquier valor de zener que pongamos desde 2.2 hasta 18 voltios.

La capacidad de C1 dependerá del consumo de la carga que vayamos a conectar. Este esquema es sumamente sencillo y el zener no trabajará correctamente si el condensador C1 no tiene un valor adecuado. Mas adelante, en este post, veremos una tabla con algunos valores correctos después de haber hecho numerosas pruebas.

Probando la fuente con distintos valores de C1 y de zener

Limitaciones

Esta fuente, a pesar de su atractiva sencillez y versatilidad, tiene dos "peros":

1) La intensidad máxima que puede entregar sin que el funcionamiento se vuelva problemático es de 150 mA, aunque recomiendo no sobrepasar los 100 mA. No es mucha intensidad, pero puede servir para muchas aplicaciones. Si la intensidad va a ser mayor de 70 mA recomiendo poner R2 de 5W, si va a ser menor puede dejarse de 2W lo que supone un ahorro de volumen.

2) El segundo "pero" es relativo a la seguridad: Precisamente al no tener transformador, perdemos una característica deseable: El aislamiento de la red que proporcionan los transformadores.

Ahora, ambos polos de 220V están directamente comunicados a la salida. Aunque hayamos elegido una configuración que nos proporcione sólo 3 voltios, sin embargo, superpuestos a esos 3 voltios están los 240 voltios de la red. Esto no va a afectar lo más mínimo a cualquier dispositivo que conectemos a esa fuente, pero sí a nosotros en caso de estar tocando uno de los terminales de salida y al mismo tiempo tocamos otro electrodoméstico que tenga una derivación, o sencillamente si estamos descalzos: Podríamos recibir una sacudida eléctrica peligrosa. Por esto, recomiendo que esta fuente se monte en proyectos donde no salgan cables al exterior. De esta manera, esta fuente es tan segura como cualquier otra.



Tabla de valores para C1, Zener y R2

Con R2 la cosa es bien sencilla, como ya se dijo, R2 siempre será de 220 ohm. Lo que cambiaremos será su potencia según el consumo.
Para consumos iguales o menores a 70 mA, la pondremos de 2W
Para consumos mayores a 70mA mejor ponerla de 5W de tipo vitrificado

El Zener también es asunto trivial: De los valores de zener normalizados posibles, elegiremos aquél que mas se parezca a la tensión de funcionamiento de la carga que vayamos a conectar. Si la tensión de zener disponible no coincide exactamente con el valor de tensión de funcionamiento del dispositivo, elegiremos una tensión de zener ligeramente superior. Por ejemplo, si necesitamos 6 voltios veremos que el valor de zener idóneo es de 6.2 voltios (El zener suele venir marcado como 6V2)

Con C1 tenemos que, según el valor de capacidad elegido, la tensión y la intensidad a la salida serán: 

- C1 con poca capacidad: Tensión e intensidad insuficientes
- C1 con capacidad correcta: Tensión e intensidad correctas.
- C1 con demasiada capacidad: Tensión y/o intensidad demasiado elevada.

En todos los casos C1 debe elegirse para una tensión de 250 voltios (como mínimo).

Los siguientes valores para C1 fueron determinados poniendo distintas cargas a la salida de la fuente. La carga consistía en diodos LED de alto brillo, dispuestos en paralelo. Como cada LED consume unos 24 mA, cada vez que se añadía uno, la intensidad aumentaba en ese valor, unos 24 mA, sin embargo la tensión necesaria seguía siendo la misma en los cinco casos: Unos 3 voltios:

Intensidad                           Valor correcto de C1
22.7 mA   (Un diodo LED)       820 nF (nanofaradios)
43.9 mA   (Dos  "      " )       1.5 µF (microfaradios)
69.0 mA   (Tres "      " )       2.2 µF
93.9 mA   (Cuatro      " )       3.3 µF
116.5 mA (Cinco        " )       4.7 µF

También se hizo la prueba de poner seis LED, pero esta vez en serie, con lo cual la tensión requerida era la suma de los seis = 6 x 3 = 18 voltios, así que se puso un zener de 18 voltios. En cuanto a C1, el valor correcto resultó ser de 1 µF (1 microfaradio, o lo que es lo mismo: 1000 nanofaradios). El consumo en mA de los seis LED en serie es el mismo que el de uno sólo: Unos 24 mA.

Vemos que el producto Tensión x Intensidad se mantiene constante tanto si elegimos una configuración en serie o en paralelo.

En caso de que quieras experimentar con el valor de C1, empieza siempre por un valor bajo de capacidad en C1 para evitar romper la carga o dispositivo conectado. Después, vas incrementando el valor de capacidad de C1 observando los resultados a la salida. No olvides que el zener tiene que ser de la misma tensión (o parecida) a la de la carga.



Aplicación práctica de esta fuente: Luz nocturna

Un buen uso para esta fuente sería hacer una luz nocturna, de las usadas en las habitaciones para crear una penumbra y no estar en oscuridad total.

Para eso vamos a reciclar un cargador o alimentador de los que tenemos por casa, ya en desuso por obsoleto o incluso averiado. Lo único que nos hace falta de ese cargador o alimentador es su caja. El resto, tanto la pequeña fuente del interior como el cable serán retirados de su sitio con lo cual la caja queda prácticamente vacía.

Aprovecharemos ese espacio libre para poner nuestra fuente sin transformador. La luz la podemos crear usando uno o dos diodos LED de alto brillo que darán luz mas que suficiente. En este montaje he usado dos diodos LED, y creo que uno sólo también hubiera sido suficiente



Montaje

A la hora del montaje, el vídeo es mas explicativo que el blog, por lo que aquí solo diré algunas cosas:

- Si podemos usar un cargador translúcido, mejor: Nos ahorramos hacer taladros para que los LED asomen ya que la luz saldrá desde el interior, y además lo hará difusa, mejor que en forma de haz, típica de los LED.

- Es posible que necesitemos usar cartulina o cartón para aislar el circuito impreso de los dos pines de corriente

- No omitir el fusible bajo ningún concepto. Un valor de 0,5 Amp está bien. Esta luz nocturna consume mucho menos de 0,5 Amp, pero al momento de enchufarla, los condensadores, al cargarse, consumen un pico de corriente que podrían romper un fusible de por ejemplo 100 mA. Si un condensador o un diodo se cruza (cortocircuita) podemos estar seguros de que el consumo será bastante mayor de 0,5 Amp, por lo que este valor es funcional al tiempo que evita falsas roturas.

- En este montaje se han puesto dos LED de la misma clase que los utilizados en las pruebas. Se han conectado en serie por lo que la tensión es la suma de ambos 3 + 3 = 6 voltios (se usó un zener de 6V2), sin embargo la intensidad es la misma que la de uno solo (24 mA). Se eligió un valor de C1 de 1 microfaradio. A decir verdad, es posible que usando un solo LED también se genere luz suficiente, con la consiguiente simplificación



Prueba

En el justo momento de publicar este post así como el vídeo, esta luz nocturna ya tiene en su haber al menos 48 horas de funcionamiento, y no se calienta lo más mínimo, el funcionamiento parece fiable lo que, unido al hecho de que va protegida por fusible, hace de este proyecto algo realmente práctico.

Tres en uno: Proyecto electrónico, reciclaje de un cargador/alimentador y circuito útil. Luz nocturna hecha reciclando un viejo cargador/alimentador, usando una fuente sin transformador. Ha demostrado un funcionamiento fiable sin sobresaltos.

El vídeo

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Cómo hacer un molino de bolas (Ball Mill)

April 19, 2014, 5:17 pm

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En este proyecto haremos un molino quizás poco conocido por el público en general, pero muy común en el mundo de la molienda: El molino de bolas. Los hay de gran tamaño que se utilizan en la minería y en la industria para reducir a polvo los minerales. 

Nosotros vamos a hacer uno de pequeño tamaño que servirá para reducir a polvo finísimo muchos tipos de material. El uso típico a nivel de experimentos caseros es el de hacer pequeñas cantidades de pólvora negra de calidad comercial.

Mi molino de bolas (Ball mill en inglés)

Funcionamiento

Este molino hace su trabajo en un tambor o recipiente donde se pone la sustancia a triturar/mezclar y un número determinado de bolas normalmente metálicas. Al girar el tambor, las bolas caen de forma reiterada sobre el material, reduciéndolo a polvo pudiendo llegar a conseguir unas dimensiones de partícula realmente pequeñas: del orden de unos pocos micrones.

En primer plano los componentes del tambor listos para ser acoplados al molino.

Dos cosas sobre la pólvora (cantidad máxima, granulometría)

Es recomendable que la cantidad máxima de pólvora a hacer en un lote no sobrepase los 20 gramos. Primero, porque no vamos a necesitar mas de esa cantidad. Segundo por seguridad: En caso de que esa pólvora se inicie accidentalmente en el molino (cosa que nunca me ha pasado) pues la consecuencia será pequeña, no sólo por el reducido tamaño del lote sino por la naturaleza misma de este tipo de pólvora negra. La pólvora que se hace con nitrato potásico como oxidante es de las más "flojas" que existen y su acción es mas bien impulsora que explosiva. Aunque en determinadas condiciones la pólvora negra común también puede explotar, esas condiciones NO se dan en este molino.

¿Y porqué usar un molino de bolas? ¿No es suficiente con mezclar a mano?

No. No es suficiente.

La velocidad a la que suceden muchas reacciones químicas depende entre otras cosas de la superficie expuesta por los reactivos. Hay infinidad de reacciones que obedecen a este principio, y es lógico. Si ponemos juntas tres piedras compactadas de nitrato potásico, carbón vegetal y azufre, ¿eso es pólvora?. Mas bien no. Para que reaccionen los tres componentes hay que disgregar esas tres piedras y mezclar el polvo resultante.

Cuanto más fino sea ese polvo, más superficie habrá expuesta. Y la pólvora arderá más rápido. Aunque una partícula sea pequeña, es susceptible de ser partida en dos, y con eso se gana superficie. Esto tiene un límite: Cuando llegamos al átomo (o a la molécula). Esa sería la meta ideal: Disgregar a nivel atómico/molecular.

Lo anterior es necesario pero no suficiente. Además de disgregar los materiales a un tamaño de grano lo más fino posible hay que mezclarlos entre sí. De nada valdría reducir a polvo finísimo los tres componentes si éstos no están bien mezclados. La pólvora no es una combinación química. Es una simple mezcla mecánica, por lo tanto aquí las leyes estequiométricas de las proporciones entre reactivos no están garantizadas. Deberíamos conseguir que cada molécula de nitrato potásico esté en contacto con los átomos necesarios tanto de carbón como de azufre para que se verifique la reacción en toda la mezcla.

Si miramos al microscopio una muestra de pólvora y vemos regiones blancas (nitrato potásico), o regiones amarillas (azufre) eso significa que esas "regiones" no van a reaccionar, no van a arder bien ya que no están mezcladas. Una buena pólvora debería ofrecer un aspecto homogéneo, señal de que los tres componentes están bien ligados entre sí.

Estos dos objetivos: Disgregar los componentes y mezclarlos entre sí son conseguidos de forma simultánea, en un solo paso, en este molino de bolas mediante la simple agitación mecánica de la mezcla durante varias horas.




Materiales, lista de componentes

Este molino es un proyecto de bajo coste, pues muchos materiales pueden ser reciclados o adquiridos de segunda mano.

1) Maderas para la base y el soporte motor

La madera para la base servirá para alojar el motor y la fuente de alimentación de dicho motor, haciendo que todo el molino quede unido en una sola pieza. Las medidas de esta madera dependerán de muchas cosas que en cada caso pueden variar, por eso, las medidas que a continuación detallo no se deben tomar al pie de la letra, sólo a modo orientativo.




Medidas de la madera soporte (en mm):
Largo: 425
Ancho: 160
Grosor: 20

La madera vertical, igual que lo anterior: Sus medidas dependerán de cómo sea el motor que hayas elegido. No obstante, también doy las medidas (en mm):

Ancho: 160 (igual que la base)
Alto: 120
Grosor: 10

Diámetro taladros (en mm):
central grande (eje motor): 26
soporte motor: 11
para las escuadras: 6


2) Escuadras

Hacen falta cuatro escuadras para que la madera que sujeta al motor quede fijada con solidez. El tamaño de estas escuadras no es crítico. Algo como lo que veis en la foto será adecuado. 

Fijaremos las escuadras a la madera base mediante tornillos que pueden ser pasantes y ser asegurados con arandela y tuerca. Después fijaremos también la madera vertical a las escuadras con tornillos, arandelas y tuercas.



3) Motor

Un buen candidato para esta finalidad es un motor de lava-parabrisas de un coche. En un desguace lo encontrarás mucho mas barato. La ventaja de estos motores es que llevan internamente una desmultiplicación o reducción mecánica basada en un tornillo sin fin y un engranaje, de modo que aunque el rotor gire tan rápido como en un motor convencional (unas 3.000 RPM), en el eje de salida la velocidad es mucho menor, unas 120 RPM (ideal para el molino de bolas que no debe ir a muchas RPM). 

Esa reducción de velocidad viene acompañada de un aumento en el par, y esto nos viene muy bien porque el motor trabajará en condiciones muy benignas sin apenas esfuerzo.

Este motor funciona a 12V y la intensidad no llega a los 2 amperios. Por supuesto, si se le pone freno al motor y se le hace trabajar, el consumo se dispara y la intensidad sube a mucho más de 2 amp, pero ésa no es la manera en que el motor trabajará en este molino de bolas que, como ya se dijo, trabajará prácticamente en vacío y no tiene que hacer apenas fuerza. Este dato de los 2 amperios es importante porque servirá para determinar qué fuente de alimentación usaremos ya que este motor deberá ser regulado en velocidad. Se verá mas adelante el porqué.


4) Disco o volante con orificio central roscado

Este componente es el único que acoplaremos al eje del motor. Aquí no usaremos ni ejes, ni engranajes, poleas, correas, rodamientos, soportes y sujecciones etc.

El tambor con las sustancias a moler girará solidario con este disco y el propio motor. Usaremos una unión muy sencilla que simplifica mucho el modo de operar con estos molinos, especialmente en lo relativo a transmitir el movimiento desde el motor al tambor.

El disco se puede conseguir fácilmente en un taller de mecánica donde se trabaje con tornos, fresas, etc, pues siempre sobran pequeños discos como este. Es importante que sea de hierro. Las medidas no tienen porqué ser exactas, un diámetro entre 100 y 160 mm será válido. El grosor de este disco es de 10mm pero también puede ser menor, incluso 3mm valdrían. 

Si no es posible esta opción del disco obtenido de un taller, también valdría cualquier cosa que se le parezca, eso sí: Debe ser de hierro.

Para unir este disco al eje del motor, en su centro, se ha hecho un taladro que ha sido roscado ya que el eje del motor también está roscado. Sin embargo, esto puede cambiar según el motor elegido, pues no todos los motores tienen un eje roscado. Aquí tendrá que poner cada uno de su cosecha para unir este disco al eje del motor.

Una alternativa al taladro central roscado es un taladro sencillo sin rosca y mediante tuerca y arandela, fijaremos esta pieza al motor. En cualquier caso procuraremos que este disco o pieza no resbale y gire solidaria con el motor.



5) Circuito regulador de velocidad del motor

Vista superior de la fuente de alimentación

El molino de bolas no puede girar a cualquier velocidad. Tiene una velocidad óptima. Por debajo de esa velocidad, los materiales y las bolas tienden a deslizarse en el tarro mezclador y no se realiza ningún trabajo. Por encima de esa velocidad, la fuerza centrífuga hace que material y bolas se peguen a las paredes del tarro y tampoco se hace el trabajo de moler.

Es prácticamente imposible que se dé la casualidad de que la velocidad de giro propia del motor coincida con la necesaria. Así que habrá que dotarlo de un regulador de velocidad.

Si vamos a usar un motor de corriente continua (como en este caso) recurriremos a una fuente de alimentación clásica con un transistor de potencia que será el que haga la regulación.

Pero si vamos a usar un motor de corriente alterna (opción perfectamente válida), lo anterior no nos sirve. En lugar de un transistor de potencia usaremos un triac. En el siguiente enlace tenéis un vídeo de cómo hacer esto:

Cómo regular la velocidad de un motor de corriente alterna mediante TRIAC

Volviendo a nuestro motor de corriente continua, el siguiente esquema corresponde al circuito utilizado para alimentar dicho motor:

Regulador para motor 12V DC, de lavaparabrisas de auto.

En la parte izquierda tenemos la entrada de 220/125 voltios -según el caso- y lo primero que encuentra la corriente es un fusible de 5A. Después el interruptor general y de ahí, directamente al primario del transformador. Es opcional poner un neón indicador de encendido en paralelo con el primario.

El transformador deberá ser (para este motor) de al menos 3 amperios. Aunque el motor no llega apenas a consumir 2 amperios, es buena idea sobredimensionar un poco el transformador para evitar su rotura.

El secundario del transformador es de 18 voltios. Esto parece mucho, y más si tenemos en cuenta que, una vez rectificada por P1, esa tensión de 18 voltios sube hasta 27 voltios... en vacío. Cuando le conectamos una carga a esta fuente (el motor), la tensión cae a unos 18 voltios.

Aún así, 18 voltios siguen pareciendo mucho si tenemos en cuenta que el motor es de 12 voltios.

Esto de los 12 voltios en automoción tiene su gracia, porque una batería de 12 voltios a plena carga ofrece no 12 sino 14 voltios (13.8 para ser exactos), así que 18 voltios suponen sólo 4 voltios de más. Pero como este motor no va a ser sometido apenas a esfuerzo (girará libremente sin freno, sólo tiene que mover un tarro en el aire) pues aguantará esos 4 voltios de más. A mí al menos me los ha aguantado durante años, y han sido muchos ciclos de funcionamiento ininterrumpido por períodos de 4-5 horas...

Os preguntaréis el porqué de ese empecinamiento en esos 4 voltios de más. La razón es que si dejaba la tensión en 12-14 voltios, al motor le faltaba un poco para conseguir la velocidad óptima de funcionamiento.

El secundario de la fuente tampoco tiene nada en especial: Un puente rectificador compacto (más cómodo que los cuatro diodos por separado) y un condensador electrolítico de 1000 µF. La tensión de este condensador será como mínimo de 35V, aunque también serían correctos valores de 50 y 63 voltios.

La última parte, la de más a la derecha en el esquema es la que realmente hace el trabajo de regulación: El potenciómetro P1 de 1K (1000 ohmios) toma en su terminal central una tensión variable entre 0 y 18 voltios según la posición del potenciómetro. Esa tensión variable se aplica a la base del transistor de potencia con lo cual conseguimos regular la salida, desde 0 hasta 18 voltios.

El transistor que yo usé es un 2N3054, es un transistor de potencia tipo NPN que aguanta hasta 4 amperios, va un poco justito pero vale. Por supuesto hay que ponerle un disipador para que se libre del calor generado o se romperá en un momento. Mejor opción sería un transistor 2N3055, también NPN y con el mismo encapsulado (aunque algo más grande) y con la misma disposición de patillas, pero en vez de 4A, el 2N3055 aguanta hasta 15A, con lo cual nos despreocupamos del consumo. También a éste habría que ponerle un disipador.

La salida ya regulada, se envía directamente al motor. La unión de fuente y motor la realizo con una regleta de electricista.

Recordad que siempre se puede elegir el sentido de giro de un motor DC con sólo invertir la polaridad de los cables de alimentación.

Si tenéis alguna duda acerca de estos dos transistores, ya sabéis que en datasheet está toda la información:

Transistor 2N3054. Parámetros.
Transistor 2N3054. Medidas y patillaje

Transistor 2N3055. Parámetros y patillaje



6) Tupper o recipiente para usar como tambor giratorio y sus accesorios

Numerados en la foto, del 1 al 5 están los componentes del molino en sí, lo que realmente va a hacer el trabajo.

El (1) es un simple tupper o tarro de tamaño adecuado, se acoplará al disco que gira con el motor mediante el imán (2) y contendrá en su interior el tarro (3) que será donde pongamos el material a moler/mezclar.

Las pequeñas secciones cilíndricas (4) son las "bolas" del molino que, como veis, no es necesario que sean esféricas y hacen el trabajo igual siendo mucho más fáciles de obtener. Basta con cortar de una barra maciza tantos trozos como se necesiten. Para este tamaño de tarro, con nueve bolas está bien.

Muy importante es que estas bolas o cilindros no sean de material férrico, nada de hierro ni acero, pues estos metales al contacto con una pequeña piedrecita o un grano de arena pueden generar chispa...

En su lugar usaremos metales no-férricos como el latón (en mi caso), y también serviría el bronce, aluminio...

Las medidas de estos pequeños cilindros (en mm) son:

Longitud: 18
diámetro: 17

Acerca del imán (2), diré que es de neodimio (muy potente) pero también puede servir uno convencional si es suficientemente grande, por ejemplo, uno obtenido de un altavoz.

Imán de neodimio, el no va más en potencia

Una vez relleno el tarro (3) con el material a moler y las bolas lo cerramos (aconsejo sellar la tapa con cinta adhesiva para que no se abra ni se salga el material), lo introducimos en el tarro grande (1) y usaremos los cuatro trozos de esponja (5) para que el tarro (3) no resbale y así girará solidariamente con el resto del montaje.

Quedará mas o menos así, a falta de poner la tapa del tarro grande (1):

Tambor dispuesto, listo para empezar a trabajar

Cómo acoplar el tambor de mezclado al motor

Como ya habréis visto, tanto en el vídeo como aquí en el blog en el punto anterior, el acoplamiento del tambor al motor es sumamente sencillo y rápido, además de ahorrarnos bastante mecánica: El tambor no se sujeta en ambos extremos sino sólo en uno: El del imán que lo obliga a pegarse al disco de hierro.

Con este método de acoplamiento también nos ahorramos transmisiones, poleas, correas, reducciones, rodamientos, soportes, etc.


El vídeo.

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Tutorial de Electrónica Básica. 09. Los reguladores de tensión

May 4, 2014, 7:26 am

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Función de un regulador de tensión.

Una fuente de alimentación clásica y sencilla como la del siguiente esquema proporciona una tensión determinada. Por ejemplo, 12 voltios. Se utiliza un transformador de 9V porque, al rectificarla, se eleva en un factor de "raíz de dos", es decir, aproximadamente 1,41. Con lo cual esos 9V suben hasta poco más de 12.

Pero son 12 voltios... en vacío. Cuando se conecta una carga a esa fuente la tensión "cae", disminuye. Y tanto más cuanto más consumo tenga esa carga.

Esto puede no tener importancia en algunas situaciones, por ejemplo si vamos a alimentar una luz, un motor en según que aplicaciones, etc. Pero si necesitamos alimentar un circuito electrónico que necesite una tensión estable para que dicho circuito funcione también de forma estable, necesitaremos que la tensión sea constante independientemente del consumo.

Cuando una fuente tiene esta característica de entregar una tensión constante se dice que es una fuente "estabilizada".

Esta función de estabilización se confiaba a una serie de componentes que se añadían a la fuente (haciéndola mas compleja), tales como diodos zener, resistencias, condensadores...

Hoy, esto es posible sin necesidad de recurrir a cálculos ni a diseñar circuitos: Basta con añadir uno de los reguladores de tensión que veremos en este capítulo para conseguir tanto regulación como estabilización.

Lo anterior, por supuesto, sin salirse de unos limites: Si sometemos a una fuente a un consumo excesivo (cortocircuito) la estabilización deja de actuar y en su lugar debería entrar en funcionamiento un sistema de protección contra cortocircuito... en caso de que la fuente tenga tal sistema de protección. En caso contrario, la fuente simplemente aguanta, o se rompe.



La familia 78xx y 79xx

Con estos componentes la función de estabilización está ahora muy simplificada. Tienen tres terminales:

1. La entrada de la tensión que vamos a regular
2. Un terminal común para la entrada y la salida
3. La salida con la tensión ya regulada y estabilizada.

La familia de componentes 78xx y 79xx son reguladores estabilizadores que, con sólo tres terminales, hacen todo el trabajo. Realmente son circuitos integrados, pues en su interior está implementado un verdadero circuito.

El código 78xx y 79xx nos dice dos datos primordiales acerca de este circuito:

la serie 78 es para reguladores de tensión positiva (los más comunes)
la serie 79 es para reguladores de tensión negativa.

Los 78xx son los más usados, para fuentes sencillas, o no tan sencillas, pero que siempre usan tensiones positivas respecto de un "cero", "negativo" o "masa".

Los segundos (79xx) se utilizan para regular tensiones negativas. Por ejemplo, en el caso de una fuente simétrica: Hay una tensión positiva, un cero y una tensión negativa. Pues bien, para la tensión positiva usaríamos un 78xx, mientras que para la tensión negativa habría que usar un 79xx.

Lo podemos ver en este ejemplo de fuente simétrica:

Fuente de alimentación simétrica. 78xx para el positivo, 79xx para el negativo

Voltajes disponibles

Las dos "xx" del código del regulador nos dicen qué tensión nos proporciona ese regulador. Los hay para distintas tensiones normalizadas que cubren un buen rango. Estos valores son los siguientes:

Tensión salida Voltios    Regulador positivo         Regulador negativo
5                                        7805                           7905
6                                        7806                           7906
8                                        7808                           7908
9                                        7809                           7909
10                                      7810                           7910
12                                      7812                           7912
15                                      7815                           7915
18                                      7818                           7918     
24                                      7824                           7924

Al parecer, hay catálogos o fabricantes que hablan de reguladores para 3.3 voltios (7833) y para 27 voltios (7827) pero yo no los he encontrado en ninguna tienda. Lo habitual son los valores de la tabla anterior.

En el siguiente dibujo vemos como se usan estos reguladores:

Fuente clásica con un 7812 a la salida.

NOTA IMPORTANTE: Para que estos circuitos funcionen correctamente, la tensión a la entrada deberá ser -como mínimo- igual o superior a la tensión de salida + 2 voltios. Por ejemplo, si vamos a usar un 7805 debemos poner en su terminal de entrada al menos 7 voltios. Si vamos a usar un 7812, la entrada debería ser al menos de 14 voltios.

Lo mismo para los reguladores 79xx negativos.

En el código de estos reguladores pueden aparecer letras al principio: Son relativas al fabricante o a series determinadas.




Prestaciones

Estos dos enlaces nos llevan a las dos primeras páginas de las especificaciones de un 78xx

Características de un 78xx. Página 1 
Características de un 79xx. Página 2


Sobre las tensiones que pueden ofrecer estos reguladores ya vimos en el punto anterior las distintas opciones, desde 5 hasta 24 voltios.

En cuanto a la intensidad máxima que soporta la familia 78xx, como mínimo tenemos asegurado 1 amperio.

Los 78Sxx funcionan de la misma manera, pero la "S" en su código nos dice que aguantan hasta 2 amperios.

Los 78Txx con una "T" en su código nos dice que aguantan hasta 3 amperios

Es aconsejable dotar a los 78xx de un disipador térmico, especialmente si lo vamos a hacer trabajar en la mitad superior de su corriente máxima. Por ejemplo, para un 78xx que aguanta 1 amperio, si la corriente va a ser mayor de 500 mA deberíamos poner un disipador.

Para los 78Sxx y los 78Txx siempre deberíamos usar un disipador.

Regulador con disipador, que evita la rotura al disipar el calor generado

Como podemos ver en el datasheet, lamentablemente, no podemos aplicar cualquier tensión a la entrada de un regulador para obtener la deseada. El valor límite a la entrada de un 78xx es de 35 voltios excepto para el 7824 que es de 40 voltios. Por encima de esa tensión corremos el riesgo de romperlo. No hay que olvidar el detalle importante de que la tensión de entrada será -como mínimo- superior en dos voltios al voltaje de salida.




Aplicaciones, ejemplo práctico

Tienen muchas aplicaciones, y gracias a la variedad de tensiones disponibles son elementos muy a tener en cuenta. Hay varias tensiones que son muy interesantes por el gran uso que se hace de ellas.

1) Podemos utilizar un 7805 para cargar un móvil, ya que un teléfono móvil se carga a esta tensión.

2) Con un 7812 podemos recrear la tensión que ofrece una batería



Comprobar un regulador

En todos los capítulos en que se habla de un componente dedico un apartado para comprobar o medir dicho componente con el fin de saber si está en buen estado.

Lo mejor para estar seguros de que un regulador está bien es hacerlo trabajar en las condiciones propias. Aplicaremos a su terminal de entrada una tensión dos o tres voltios por encima de la del regulador (pero menor de 35 voltios). El negativo lo conectamos a su terminal 2 común. Y mediremos entre el terminal 2 y el terminal 3 la tensión, que deberá ser la correspondiente a ese regulador. Mejor aún si ponemos una carga adecuada a ese voltaje, sin excedernos en el consumo, claro está.

Si resulta ser un 79xx procederemos igual pero teniendo en cuenta que trabaja con tensiones negativas: Conectamos el cero o positivo a su terminal 2 común. El negativo a regular lo conectaremos a su terminal 1 de entrada. Aquí hay que observar la misma regla que en el caso de un regulador positivo: Esa tensión de entrada será -como mínimo- dos o tres voltios mas negativa que la tensión correspondiente del regulador. Si por ejemplo es un 7909, la tensión será de -11 voltios minimo (respecto del terminal común 2). A la salida en el terminal 3 deberíamos tener 9 voltios negativos respecto del terminal 2.

En el minuto 06:12 del vídeo se muestra como trabaja un 7805. En realidad esto sería también una forma de comprobar que dicho 7805 está bien.



Reguladores ajustables: El LM317 (+) y LM337 (-)

Los reguladores vistos hasta ahora eran fijos, es decir, ofrecen una tensión determinada. 

El LM317 nos permite obtener una tensión regulada variable (acoplándole un potenciómetro) en un rango entre 1.2 y 37 voltios, con una intensidad máxima de 1.5 amperios. El circuito es el siguiente:

Regulador variable: LM317 (positivo) y LM337 (negativo)

En el datasheet podéis ver otras características interesantes de este circuito.

También hay una versión de este circuito para tensiones negativas: El LM337 (abajo en el dibujo anterior).



Rincón de la Teoría
El efecto DOPPLER.

Lo que se oye en el 13:27 del vídeo es un ejemplo del efecto doppler. Cuando el vehículo se aproxima, el claxon suena más agudo. Cuando se aleja, suena mas grave. Pero eso sólo lo percibe el observador inmóvil. El conductor que va en el vehículo oye el claxon con una frecuencia fija.

¿Que está sucediendo?

Cuando un objeto que emite un sonido está en movimiento, ¿La velocidad del objeto y del sonido, se suman?

La respuesta es: No.

La velocidad del sonido es constante para un medio dado. Lo que ocurre con los objetos en movimiento (respecto del observador) es que cuando el objeto se aproxima, las ondas de sonido se comprimen, es decir, al observador llegan mas ondas por unidad de tiempo, lo que equivale a que la frecuencia es mayor. Cuando el objeto se aleja respecto del observador, llegan menos ondas por unidad de tiempo al observador, las ondas se expanden, lo que equivale a que la frecuencia será menor.

Y esto es proporcional a la velocidad del objeto que se mueve, hasta el punto que esta variación de frecuencia puede servirnos para deducir la velocidad del objeto.

He puesto el ejemplo del sonido, pero el efecto doppler se da en cualquier fenómeno oscilatorio que se propague en forma de onda, por ejemplo, las radiaciones electromagnéticas, incluyendo la luz. Cuando un objeto se aproxima hacia nosotros, su luz "corre" hacia el azul (frecuencia mayor), mientras que si ese objeto se aleja de nosotros, su luz "corre" hacia el rojo. Esto, a velocidades reales no se percibe a simple vista, pero sí con instrumentos de medida muy precisos.

Este efecto doppler es usado en Astronomía, y de hecho fue el que puso en guardia a los astrónomos acerca de un curioso fenómeno estelar: Todas las galaxias ofrecen un efecto doppler de corrimiento hacia el rojo. Es decir, se alejan de nosotros. Pero sería muy pretencioso pensar que nuestro planeta es un punto privilegiado o especial en el cosmos. Enseguida se dieron cuenta: No es que todo se aleje de nosotros, sino que todo se aleja de todo. Es como si dibujamos puntos en un globo desinflado y a continuación lo inflamos. No hay ningún punto especial, pero todos creen ser especiales porque ven como los demás puntos se alejan de ellos.

Como en una explosión.

Y de ahí, a la Teoría del Big Bang: Si todo se aleja de todo en el Universo, ¿Qué pasa si rebobinamos atrás en el tiempo?: Pues que todo se acerca a todo. Es decir, toda la materia del universo estuvo reunida en un punto minúsculo antes de suceder "la gran explosión" o Big Bang que dio origen al universo conocido.

Dejando de lado la veracidad o no de esta teoría (que está mas que aceptada y comprobada por la comunidad científica), este efecto Doppler puede explotarse también en la vida cotidiana.

Una de las aplicaciones mas conocidas probablemente no sea muy popular: Es el famoso "radar" de tráfico que permite saber a qué velocidad circulas. Se basa en ondas de radar que inciden sobre el vehículo a medir. El vehículo hace rebotar esas ondas, pero le imprimen un cambio (efecto doppler) según la velocidad de ese vehículo. Cuando esas ondas vuelven al emisor, el cambio de frecuencia es analizado por medio de ecuaciones matemáticas implementadas en el circuito de ese radar, y la velocidad es obtenida de forma bastante fiable... siempre y cuando los equipos se utilicen bien y estén en perfecto estado.




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Circuitos Útiles. 05. Fuente de laboratorio 0-30V 4A

June 4, 2014, 9:14 am

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Una herramienta imprescindible en el laboratorio o taller de electrónica es una fuente de alimentación que nos proporcione distintos voltajes con la cual podemos hacer muchos trabajos. La otra opción es utilizar pilas y/o baterías, opción que puede valer ocasionalmente para salir del paso, pero muy engorrosa (y cara) a largo plazo.

Fuentes hay de muchas clases, con más o menos prestaciones. Esta fuente que propongo no es de las más evolucionadas, pero tampoco es de las más básicas. Digamos que está a medio camino.



1. Prestaciones:

Tensión de salida regulable, en un margen de 0 a 30 voltios

Cortocircuitable: No se rompe por cortocircuitar la salida

Función de limitación de intensidad: No sólo podemos ajustar qué voltaje de salida queremos, también podemos poner un límite a la intensidad que circulará. Esto es muy útil para determinados experimentos en donde no se puede permitir que la intensidad supere cierto valor. La limitación de intensidad también nos permite ejercer la prudencia a la hora de alimentar algún dispositivo que no sabemos cómo va a reaccionar en caso de que haya alguna avería (por ejemplo, un transistor cruzado). Si sabemos que un equipo funcionando normalmente consume 0.5 amperios, pues regulamos a 0.7 amperios. Nadar y guardar la ropa...

Intensidad máxima de 4 Amperios... o un poco más.

Dos instrumentos para monitorizar la salida (Voltios y Amperios)

Una de las cualidades de los circuitos que traigo a esta sección de mi canal es que son circuitos comprobados. Internet está lleno de circuitos que van de mano en mano y nadie parece molestarse en comprobarlos. Especialmente en el capítulo "Fuentes de Alimentación" sobretodo en las más avanzadas. Pues bien: Esta fuente la he estado utilizando durante 35 años, por lo que creo que está bastante probada...



2. Diagrama de bloques

El diagrama de la imagen contiene las cuatro partes funcionales:

- Entrada, con los componentes de entrada de corriente
- Circuito: La parte mas importante, la fuente en sí.
- Sistema refrigerador de Q1
- Salida, incluyendo los dos instrumentos



3. Esquema circuito

Esquema definitivo. FUENTE DE LABORATORIO 0-30V 4A

Si algún detalle del esquema que hay sobre este párrafo no coincide con algo dicho el vídeo, se debe tomar este esquema como válido y definitivo. Algunos detalles que veréis que -a veces- no coinciden son:

- Intensidad máxima: En el vídeo digo en numerosas ocasiones que es de 3.5 amperios (debido a un error en intensidad en el polímetro amarillo). La intensidad real máxima es de poco más de 4 amperios. Casi un amperio más que lo dicho en algunas partes del vídeo.

- La resistencia R2: En el vídeo hablo de un montaje en paralelo de dos resistencias. Lo definitivo es una sola resistencia de 0,22 ohmios.

Aclarado esto, seguimos:

A la izquierda, la entrada de corriente, que puede ser a 220 ó 125 voltios.
Contiene los elementos típicos: Fusible (1 amp), interruptor y lamparita de neón. Después, dos transformadores. El principal (arriba) con un secundario de 24 voltios y un mínimo de 4 amperios. Y otro pequeño transformador con secundario de 9 voltios y mucha menos potencia, vale uno de tan solo 50 mA. Este segundo transformador se usa para crear una tensión de referencia con la cual la fuente puede estabilizar la tensión.

Inmediatamente después, el clásico puente de diodos rectificadores y un condensador de filtro para eliminar el rizado.

Arriba, en el centro, Q1, Q2 y Q3 se encargan de regular la tensión y la intensidad. Q1 es un transistor de potencia y va montado en un disipador para evacuar el calor que se genera sobretodo si se le pide mucha corriente a la fuente.

Q4 y el potenciómetro P1 que polariza su base se encargan de regular la intensidad máxima que puede circular hacia la carga. Q5 y su potenciómetro P2 por su parte sirven para regular la tensión de salida.

El potenciómetro ajustable R4 sirve para fijar la tensión máxima de salida de la fuente (30 voltios). Se ajusta al terminar de montar la fuente y no suele ser necesario tocarlo más.

R2 es muy importante: Determina la intensidad máxima que puede entregar la fuente. Cuanto más bajo sea su valor, más corriente entrega la fuente. Para obtener 2 amperios R2 debe ser de 0.47 ohmios. Si bajamos su valor a 0,22 ohmios la intensidad subirá al doble, unos 4 amperios.

Sin embargo, no podemos disminuir el valor de R2 para obtener más intensidad en la fuente, de forma "gratuita". Esa mayor intensidad pasa factura y necesitamos hacer algunos cambios para que la fuente no se rompa.

Estos cambios son tres:

1. El transformador principal, que puede ser de dos amperios para una versión de fuente de dos amperios (con R2 = 0,47 ohmios) ahora deberá ser mayor (así como su precio) para poder suministrar esos 4 amperios (con R2 = 0,22 ohmios).

2. Para una versión de fuente de 2 amperios es suficiente con la acción del disipador de Q1. Para cuatro amperios hay que forzar aire para que el disipador se enfríe. Esa tarea la hará un ventilador de 80cm x 80cm (220v) activado por un termostato fijado en el disipador de Q1. Cuando la temperatura supere los 100ºC el termostato se activa y pondrá en marcha el ventilador

3. El transistor Q2 (BD137) debe llevar ahora un disipador pequeño, pues sin él, este transistor se rompe cuando a la fuente se le piden los 4 amperios.

El único ajuste que tiene este circuito es sobre R4, que sirve para determinar la tensión máxima de salida. Procedimiento: Conectamos la fuente, accionamos P1 (potenciómetro de tensión) a máximo. Ahora regulamos R4 hasta obtener una lectura de 30 voltios.



4. Componentes

La lista de componentes:

1 Tupper de tamaño apropiado
5 Patas de goma para la base del tupper
1 Transformador 220V/24V en 4A
1 Transformador 220V/9V, con 50mA es suficiente
1 Clavija de red tipo empotrable
1 Portafusibles tipo empotrable con fusible de 1A
1 Circuito impreso de 15 x 9 cm
4 Separadores de nylon (tubitos para soporte del circuito impreso)
1 Disipador para transistores con encapsulado TO3
1 Ventilador 220V 80 x 80 cm
4 Tornillos de nylon de 30x4 mm
12 tuercas de nylon M4
1 Termostato para 100ºC
1 Amperímetro de 4A
1 Voltímetro para 30V
2 Bananas (Tanto la base como los conectores, una roja y otra negra)
1 Interruptor empotrable
1 Lamparita de neón

Para el circuito:

Q1. Transistor 2N3055
Q2. Transistor BD137
Q3. Transistor MC140
Q4 y Q5. Transistores BC167 (también vale el BC237)

D1. Diodo 1N5408
D2 a D5. Puente rectificador para 4A mínimo
D6. Diodo 1N4007
D7. Diodo zener de 8V2

C1. Condensador electrolítico 220µ/25V
C2. Idem, 2200µ/50V
C3. Idem, 47µ/50V
C4 y C5. Condensador cerámico 820 pf 63V

R1. Resistencia 470 ohm, 1/4W
R2. Resistencia vitrificada 0,22 Ohm, 10W
R3. Resistencia 1K, 1/4W
R4. Potenciómetro ajustable 3K
R5. Resistencia 82 ohm, 1/4W
R6. --
R7. --
R8. Resistencia 10K, 1/2W
R9. Resistencia 1K, 1/2W
R10. Resistencia 47 Ohm, 1/2W
R11. Resistencia 10K, 1/2W

P1. Potenciómetro Lineal 4.7K (ó 5K)
P2. Potenciómetro Lineal 220 Ohm

CN1 a CN9: 9 conectores, 3 son de 3 vías, 6 serán de dos vías.

Y además:

Tornillos, arandelas y tuercas.
Cable, para hacer las conexiones.



5. Información extra sobre los componentes

Aquí comentaré los componentes que tengan algo especial que ver.



- Transformador 220V/24V en 4A

  
Es el componente mas caro del proyecto por su importante tamaño. No podemos usar una fuente conmutada para obtener los 24V ya en continua (cosa que sopesé) pues estas fuentes dejan de entregar corriente a la más mínima que se produce un cortocircuito.

Una fuente de laboratorio debe entregar corriente en toda condición, incluso en cortocircuito.



 - Transformador 220V/9V de unos 50 mA en el secundario.

 Este pequeño transformador puede ser del tipo para circuito impreso, más cómodo que el formato aéreo (con cables). Sirve para producir la tensión de referencia. No tiene que entregar apenas potencia, por lo que es suficiente con que el secundario entregue 50 mA.







- Disipador para transistores con encapsulado TO3

Hecho en aluminio, permitirá a Q1 disipar el calor generado cuando se le pida mucha intensidad a la fuente. Ya lleva los agujeros para fijar el transistor así como los terminales del mismo. También fijaremos aquí el termostato.






- Ventilador 220V 80 x 80 cm

Para refrigerar el disipador anterior. Es de 80 x 80 cm y funciona a 220V (también habrá versión en 125V según país). Importante será comprobar en qué dirección sale el aire. No funciona todo el tiempo (sería una opción sencilla, pero ruidosa) sino activado por un termostato fijado en el disipador anterior. Dejad espacio suficiente para ubicarlo en el tupper y no cometer el error de que choque con otra cosa.

Se verá en el vídeo que el ventilador se monta alineado con el disipador y separado unos tres centímetros. La función de este ventilador es doble: Por un lado evacua el calor del interior del tupper, por otro, ese aire lo hace incidir sobre el disipador de Q1 enfriándolo a niveles seguros si el termostato detecta unas condiciones severas de funcionamiento.


- Tornillos de nylon de 30x4 mm y tuercas de M4

En ocasiones interesa unir dos cosas pero manteniendo un distinto potencial eléctrico. En otras ocasiones lo que interesa aislar es diferencia de temperatura (como este caso).

La tornilleria de nylon cumple muy bien este cometido de aislamiento eléctrico y térmico.

Se vende en tiendas de electrónica y ferreterías industriales.

Harán falta cuatro tornillos y 12 tuercas, (3 tuercas para cada tornillo). Gracias a este tornillo aislante, el disipador de Q1 no comunicará su calor al tupper, cosa que sí haría un tornillo metálico convencional, lo que con el tiempo haría deformarse al tupper.


- Termostato para 100ºC

Muy usados en cafeteras, vaporetas y dispositivos que deben detectar temperaturas de unos 90-100ºC (ebullición del agua), este termostato nos viene de maravilla para mantener a Q1 dentro de unos márgenes de temperatura seguros.

Se puede reciclar de un viejo electrodoméstico o si no, en una tienda de repuestos. No lo suelen tener en tiendas de electrónica.

Este termostato lleva una lámina de un material llamado "bimetal" que, cuando se alcanza la temperatura para la cual están hechos, se curva, y al hacerlo se activa (o se desactiva) el contacto eléctrico. Si la temperatura cae por debajo de su valor nominal -pasados unos segundos- el termostato se desactiva. Con estos ciclos de conexión-desconexión el disipador de Q1 se mantiene a temperaturas razonables.

Este termostato no actúa (o actúa muy de vez en cuando) si la intensidad que se está pidiendo a la fuente es menor de 3A.


- Voltímetro y Amperímetro 

Para monitorizar el funcionamiento de la fuente y el dispositivo que conectemos a ella. Se podrían haber usado displays digitales, de hecho, son un poco más baratos, pero quería mantener la sencillez en esta fuente. 

Y estos instrumentos analógicos son muy precisos y fiables con el paso del tiempo.

No es necesario calibrarlos ni hacer ningún circuito especial. Simplemente se conectan en la salida de la fuente y muestran fielmente las distintas magnitudes. El voltímetro se conectará en paralelo, mientras que el amperímetro irá en serie, por ejemplo, en el polo positivo. Hay que respetar la polaridad. Si nos equivocamos, la aguja intentará marcar "al revés", se desplazará hacia la izquierda topando con el principio de la escala, aunque este error no los romperá.

En el vídeo veremos un truco para poder utilizar un amperimetro de 2A para medir 4A. Se trata de conectar en paralelo con el amperímetro una resistencia (conocida como "shunt") de un valor muy preciso, y modificar la escala impresa del instrumento con tipp-ex y rotulador.



- Conectores o clavijas de conexión

Estos conectores o clavijas de conexión permiten conectar rápidamente dispositivos de dos o más vías. Usaremos nueve. En la foto, tres clavijas de dos vías. En el circuito impreso he rotulado para qué es cada una. De izda a derecha: salida, amperímetro y voltímetro.

También he rotulado la polaridad de cada clavija de conexión. 






7. Montaje

Lo mejor es ver el vídeo, aquí pondré un "guión" de montaje:

- Tener todos los materiales a mano.

- Hacer los agujeros en el tupper (o caja) para poner todos dispositivos:

Tapa inferior:
  Patitas de goma
  Transformador
  Circuito impreso

Delante:
  Interruptor general
  Piloto neón
  Voltímetro
  Amperímetro
  Potenciómetros de tensión e intensidad
  Bananas de salida de corriente

Detrás:
  Clavija red
  Portafusibles
  Ventilador
  Disipador

- Poner esos dispositivos aunque sea momentáneamente para comprobar que quedan bien y no interfieren entre ellos.

- Montar el circuito impreso. 
    Primero, situar los componentes
    Segundo, soldar sus terminales
    Tercero, conectarlos entre sí.

Circuito terminado, con los 9 conectores numerados de CN1 a CN9

Sobre estas líneas, una foto con el circuito terminado. Hay nueve conectores numerados de CN1 a CN9. Se detallan a continuación:

CN1: Al secundario (24V) del transformador principal. No hay polaridad
CN2: Al primario del transformador principal. Con este conector llevaremos esos 220V al pequeño transformador T2 que está en el circuito impreso. También desde este conector llevaremos 220V al conector CN3 que dará servicio al conjunto termostato-ventilador que están conectados en serie.
CN3: Ver CN2
CN4: A emisor, base y colector de Q1.
CN5: Al potenciómetro de tensión (P1)
CN6: Al potenciómetro de intensidad (P2)
CN7: Al voltímetro
CN8: Al amperímetro
CN9: Salida de la fuente.


- Recomiendo desmontar las cosas que pusimos en el tupper y hacer una prueba de la fuente. Corregir cualquier error o problema

- Volver a montar las cosas en el tupper

- Ir conectando las cosas entre sí.

- Tapar la fuente. Ya está terminada.



8. Prueba y uso

Con esta fuente te olvidarás de problemas y averías. Es cortocircuitable. Pero no al estilo de las conmutadas, que CORTAN la corriente. Esta fuente aguanta entregando la corriente que hayas fijado con el potenciometro limitador de intensidad, sin romperse.

Algunos usos típicos:

Reparación: No necesitas pilas ni baterías para hacer funcionar los equipos. Puedes monitorizar el consumo del equipo con el amperímetro de la fuente. La función de limitación de intensidad te permite evitar que circule una corriente excesiva si algo anda mal.

Diseño de circuitos: Puedes obtener las tensiones de alimentación desde esta fuente.

Prueba de dispositivos, en general: Motores, lámparas, componentes electrónicos,...

Cargador de baterías: Puedes cargar baterías de muy distintos voltajes simplemente seleccionando la tensión correcta. La función de limitación de intensidad viene muy bien aquí, pues nosotros (y no la propia batería) seremos quienes decidimos a qué intensidad se carga la batería



9. El vídeo

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Tutorial de Electrónica Básica. 10. Circuitos Integrados

June 27, 2014, 8:11 am

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ÍNDICE

01. Definición. Qué es un circuito integrado
02. Historia.
03. Clasificación según su construcción
     3.1. Monolíticos
     3.2. De película delgada o gruesa
     3.3. Híbridos
04. Clasificación según el tipo
     4.1. Según la función: Analógicos y digitales
     4.2. Según la escala de integración
05. Saber lo esencial de un circuito integrado. El Datasheet
06. Encapsulados. Zócalos.
07. Reconocer el orden de los terminales en un circuito integrado.
08. Algunas funciones típicas de los circuitos integrados
     8.1. Propósito general
     8.2. Memorias
     8.3. Microcontroladores / Microprocesadores
09. Ejemplo de utilización de un circuito integrado: Pequeño amplificador de 
     audio

10. RINCÓN DE LA TEORÍA. El EFECTO LARSEN.

11. El vídeo

Circuitos integrados, también conocidos como chips o "IC" abreviatura del inglés: Integrated Circuit

1. Definición. Qué es un circuito integrado.

Un circuito integrado es una pequeña superficie o pastilla (chip) hecha con material semiconductor en la que se construye un circuito electrónico que puede constar desde unos pocos componentes hasta miles o incluso millones de ellos. Este chip -al igual que otros semiconductores: Transistor, diodo, triac, etc.- va protegido por un encapsulado, y de él asoman los terminales o pines para ser conectado al circuito que lo incorpore.
 


2. Historia.

La necesidad de miniaturizar los equipos fue la que propició el invento del circuito integrado. Casi de forma simultánea fueron al menos tres personas las que hicieron realidad este componente:

- Jack Kilby, trabajaba para la empresa Texas Instruments, se le ocurrió integrar seis transistores en una única pastilla semiconductora para hacer un circuito oscilador con el mínimo tamaño. 

- Werner Jacobi, un ingeniero alemán que también contribuyó a la expansión y auge de los c.integrados.

- Rober Noyce, uno de los fundadores de la empresa Intel, fue de los primeros en comercializar un circuito integrado. También fundó la conocida empresa "Fairchild Semiconductor".

Desde entonces y hasta hoy, estos primeros (y "sencillos") circuitos integrados han visto mejorar sus prestaciones en una carrera meteórica. Se han solucionado infinidad de problemas que tenían estos primeros c.integrados, y sobretodo, se ha conseguido un proceso de fabricación que permite hacer cantidades ingentes, lo que permite un precio final bastante bajo, teniendo en cuenta lo complejo y costoso del diseño de uno de estos circuitos integrados



3. Clasificación según su construcción

3.1. Monolíticos
A esta clase pertenecen la gran mayoría. Como su nombre deja ver, constan de un sólo cristal de semiconductor en donde van todos los componentes. Tienen la limitación de que sólo sirven para potencias reducidas (del orden de uno o pocos W).

Circuito 555, típico representante de fabricación en formato monolítico

3.2. De película delgada o gruesa.
Para potencias mayores que los monolíticos, también ocupan mas espacio aunque siguen siendo de tamaño mas reducido que el equivalente con componentes "discretos". Se entiende por componente "discreto" aquél "de toda la vida", es decir, componentes por separado, clásicos: resistencias, condensadores, transistores, diodos, bobinas...

 
3.3. Híbridos
Es una combinación de los dos anteriores. Los circuitos híbridos se usan también para potencias relativamente altas, como los amplificadores de audio. La conocida serie STK pertenece a esta categoría.

Circuito integrado HIBRIDO

4. Clasificación según el tipo

4.1. Según la función: Analógicos y digitales

- Analógicos: Tratan señales de tipo analógico. Por ejemplo, amplificadores, osciladores, procesadores de señal (audio, vídeo, señal de radio, datos, tensiones que equivalen a una magnitud física...).

Suelen tener una función concreta y definida, aunque a menudo tienen cierta flexibilidad en su uso según qué componentes se asocien a ellos: A sus terminales se conectan una serie de componentes externos, discretos. Según la disposición y el valor de estos componentes discretos, el integrado se comportará de una manera u otra. Ejemplo de esto son los circuitos operacionales.

- Digitales: Emulan el álgebra de boole, por lo tanto en lugar de trabajar con cualquier valor de tensión como los analógicos, funcionan mas bien con dos tensiones bien diferenciadas que simulan ser el "1" y el "0". Así, se puede establecer una correspondencia entre cada uno de estos dos valores de tensión y el álgebra de Boole:

0: Falso, no conectado, tensión cero
1: Verdadero, conectado, tensión 5 voltios

Estos integrados digitales llevan en su interior muchos transistores que simulan el 1 y el 0 según conduzcan o no.

Existen las llamadas puertas lógicas, que son la unidad básica en electrónica digital (dedicaré un capítulo a las puertas lógicas). Hay integrados que contienen varias puertas lógicas en su interior, y es el usuario quien conecta estas puertas por medio de los terminales del circuito integrado.

El siguiente dibujo es un circuito integrado "7408" que incorpora cuatro puertas "and". Emulando el Álgebra de Boole, la salida de cada puerta sólo es "verdad" si ambas entradas son verdad:

Circuito 7408, consta de cuatro puertas "AND" de dos entradas cada una.

Otro tipo de integrado digital, ya mas avanzado, son las memorias, los microprocesadores, multiplexores y demultiplexores, codificadores y decodificadores...



4.2. Según la escala de integración

Un circuito integrado, atendiendo al número de componentes que contenga en su interior, puede ser:

SSI. Short Scale Integration: Es la escala menor. Comprende hasta unos 100 transistores.

MSI. Medium Scale Integration: Hasta 1000 transistores

LSI. Large Scale Integration: Hasta 10.000 transistores, lo que permite implementar mas de 1000 puertas lógicas. Con esto ya se puede hacer un circuito que realice operaciones concretas, como un display digital, una calculadora básica, un driver...

VLSI. Very Large Scale Integration: Hasta 100.000 transistores. Esta escala de integración hizo posible la miniaturización y simplificación de la electrónica de consumo. El concepto "portátil" comienza a hacerse realidad.

ULSI. Ultra Large Scale Integration: Hasta 1.000.000 de transistores.

GLSI. Gyga Large Scale Integration: Más de 1.000.000 de transistores. Los microprocesadores con esta escala de integración son realmente potentes y son la base de los actuales ordenadores, tablets, smartphones, etc.




5. Saber lo esencial de un circuito integrado: El datasheet

Como con el resto de semiconductores (transistor, diodo, triac, tiristor) hallaremos en datasheet la información mas relevante de un circuito integrado. Lo mas importante es:

- Qué función realiza
- Orden y función de las patillas o terminales
- Configuraciones (cuando proceda, y no siempre)

Por ejemplo, tenemos a continuación la información del conocido circuito 555 en versión LM555 (National Semiconductor) en datasheet donde podemos ver dos de las doce páginas de información. Allí se describe para qué sirve este integrado, sus características principales, el orden y función de los terminales...

Internet puede ser nuestro aliado para obtener esta información. Basta con poner en un buscador el código del circuito para que aparezcan páginas con información.
6. Encapsulados. Zócalos

Como ocurre con todos los semiconductores, el verdadero componente va recubierto de una envoltura protectora que se conoce como "encapsulado", que suele ser de plástico o cerámico. Hay gran variedad de formatos y encapsulados para circuitos integrados, incluyendo el formato SMD que se usa de forma casi exclusiva para los dispositivos modernos como ordenadores y smartphones. 

Los encapsulados mas comunes son:

DIP (Dual In line Package)

Los terminales van dispuestos en dos hileras paralelas a ambos lados del integrado. El número de patillas puede variar desde un mínimo de 8 (cuatro a cada lado) hasta 64 patillas (32 a cada lado) como es el caso de los microprocesadores de algunos electrodomésticos como TV, los antiguos vídeos...

Circuito integrado DIP

Este encapsulado es de los más antiguos, se usa en integrados de baja y media escala de integración. El integrado se inserta en el circuito impreso por el lado de los componentes de la misma forma que un componente discreto, y se sueldan sus terminales por el lado de las pistas de cobre.

Para este encapsulado existe la opción de usar un zócalo de modo que no se suelda el integrado sino que se acopla a dicho zócalo, lo que hace más rápida y cómoda la operación de poner/quitar el integrado en el circuito, además de evitar el stress de la soldadura. Esto es muy útil para circuitos integrados programables ya que tienen que ser retirados del circuito para programarlos.

Zócalos para circuitos integrados DIP

SIP (Single In line Package)

También es uno de los primeros formatos de encapsulado, y al igual que el DIP, se usa en pequeña y mediana escala de integración. Constan de una sola hilera de terminales (de 4 a 24). Se fijan al circuito igual que los DIP: Por el lado de los componentes y soldando sus terminales por el lado del cobre.

Encapsulado SIP

 
Los dos encapsulados anteriores son los mas sencillos de manejar por el aficionado, pues se sueldan en un circuito como un componente más, además, la distancia entre terminales es relativamente grande, lo que hace que su soldadura/desoldadura no sea problemática. 

A continuación veremos unos cuantos formatos más de encapsulado, ya no tan fáciles de manejar, pues son SMD (montados en superficie), es decir, se sueldan directamente en el lado del cobre y sus terminales están bastante próximos, lo que hace necesaria una gran pericia para manipularlos y en ocasiones disponer de estaciones de soldadura específicas.


SOIC (Small Outline Integrated Circuit)

Recuerdan al formato DIP, pero éstos son para montaje SMD. También se les conoce como "alas de gaviota" por la forma de sus terminales.

Encapsulado SOIC

SOJ (Small Outline J-Lead)

Sus terminales recuerdan la letra "J" y de ahí su nombre. 
Este encapsulado se utiliza para hacer memorias DRAM

Encapsulado SOJ

TSOP (Thin Small Outline Package)

Se utilizaron inicialmente para hacer módulos de memoria SIMM, ahora también forman módulos de memoria DRAM. Este encapsulado tiene terminales con la forma de "ala de gaviota", como las SOIC.

Encapsulado TSOP

PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier)

Los terminales aparecen ahora por los cuatro lados del chip. El chip puede ser cuadrado o rectangular. Los terminales tienen forma de J para ahorrar espacio. Pueden tener más de 100 terminales. Existen zócalos para este tipo de encapsulado.

Encapsulado PLCC

QFP (Quad Flat Package)

Una variante del anterior, ahora los terminales vuelven a tener forma de "ala de gaviota" en lugar de forma de "J". Los hay desde unos pocos pines (terminales) hasta más de 200. Se sueldan con una pasta especial y también existe la opción del zócalo para este encapsulado.

Encapsulado QFP

PGA (Pin Grid Array)

En este encapsulado la novedad consiste en que los pines o terminales del chip van por debajo (y no a los lados), lo que reduce notablemente el espacio. Es el formato típico de los microprocesadores.

Encapsulado PGA

BGA (Ball Grid Array)

Parecido al anterior, la mejora consiste en que en lugar de terminales con forma de pin, son de forma esférica. Esto permite aumentar el número de pines sin aumentar el volumen del integrado ni disminuir mucho la distancia (ya bastante reducida) entre pines.

Encapsulado BGA

Hay muchos mas formatos de encapsulado que los aquí expuestos, y además, surgen nuevos formatos con frecuencia debido al gran avance de estas tecnologías.




7. Reconocer el orden de los terminales en un c.integrado

A la hora de hacer alguna medición en un pin concreto de un integrado, o simplemente por conocer el orden de dichos pines, vamos a ver cómo reconocer en que orden van dispuestos.

Lo más práctico y fiable es el la hoja de especificaciones o datasheet

En circuitos con:

encapsulado DIP:

Orden de los pines (terminales) en un circuito integrado DIP, SIP y SMD

En el dibujo sobre estas líneas vemos una señal en un extremo del chip (el chip mas a la izquierda). A veces esta señal es una muesca o hendidura, otras veces es un punto impreso en el encapsulado. Esta señal marca el pin número 1. A continuación, siempre en sentido contrario a las agujas del reloj, iremos contando progresivamente 2, 3, 4 hasta llegar al final de la hilera.

A continuación subimos a la otra hilera de pines y ahora numeramos de derecha a izquierda. Iremos numerando siempre en sentido contrario a las agujas del reloj. Y así hasta llegar al pin más de la izquierda.


encapsulado SIP: 

En el mismo dibujo anterior, el chip del centro es de tipo SIP.
Aquí es bastante intuitiva la cosa: Mirando hacia nosotros el chip por la parte que pone su código, numeramos de izquierda a derecha, empezando por la patilla "1" tal como si estuviésemos leyendo.


Tipos SMD

Para los restantes tipos de encapsulado (chip a la derecha del dibujo), suele haber una marca en una esquina que determina el pin número uno. También aquí, en sentido contrario a las agujas del reloj, iremos numerando.



8. Algunas funciones típicas de los circuitos integrados

8.1. Propósito general

No hay prácticamente función o trabajo que no pueda hacer un circuito integrado. Se diseñan para cualquier propósito. Los hay que realizan funciones básicas, tales como amplificadores, osciladores, contadores, divisores de frecuencia, comparadores, funciones lógicas, interpretación de melodías musicales; y también los hay que realizan funciones mas complejas e incluso una función completa por sí misma, como el control de una calculadora, un receptor de ondas de radio, alarmas, el control de un GPS, un mando a distancia codificado...


8.2. Memorias

Como los circuitos integrados están basados en miles o millones de componentes y uno de los componentes más fáciles de incluir es el transistor, esto lo hace candidato ideal para hacer memorias con ellos, ya que un transistor puede emular la lógica de boole que está basada en el código binario (ceros y unos) según el transistor adopte uno u otro de los dos estados que le son caracteristicos: En corte (no conduce) o en saturación (conduce).

Cada día se hacen memorias con más y más capacidad. Hace unos pocos años, los PC tenían unas pocas K de memoria. El mismo Bill Gates dijo: "Con 640 Kb de RAM se debería poder hacer cualquier cosa". Hoy, cualquier ordenador tiene varios miles de veces mas memoria RAM. Por ejemplo, dos GB (que hoy ya no es nada espectacular) son unas 3000 veces mas memoria que 640 Kb...

Y nada parece indicar que la carrera de mejora en las memorias se vaya a detener...

Módulo de memoria con ocho chips

 
8.3. Microcontroladores / Microprocesadores

Otro uso por excelencia para los circuitos integrados. De no ser por ellos no existirían los ordenadores tal y como los conocemos en la actualidad. 

Los primeros ordenadores (sin circuitos integrados) ocupaban habitaciones enteras e incluso la planta entera de un edificio, toda llena de electrónica "clásica", y con un consumo digno de una pequeña central. Así eran los primeros ordenadores, y no tenían la potencia de los actuales, ni mucho menos...

Microprocesador actual

9. Práctica con un circuito integrado: Pequeño amplificador de audio

En el vídeo del siguiente enlace, de la colección "circuitos útiles", podemos hacer un circuito práctico basándonos en un circuito integrado como componente principal.

Pequeño amplificador de sonido con circuito integrado LM386



10. Rincón de la Teoría. El EFECTO LARSEN

También conocido como Realimentación o -del inglés- "feedback".
Es un fenómeno que ocurre en la naturaleza y también puede suceder en los equipos electrónicos.

Este fenómeno ocurre cuando un hecho "A" favorece que se produzca otro hecho "B", y a su vez el hecho "B" favorece que se produzca el hecho "A", y así se establece un bucle que va en aumento hasta que algún límite impide que vaya a más.

Esto tiene especial importancia en el mundo del sonido. Todos hemos escuchado de un escenario ese potente y molesto pitido. Decimos que hay "acople", nombre con el que también se conoce este fenómeno.

Realimentación. Efecto Larsen

En el dibujo vemos cómo se produce este fenómeno:

a) Por ejemplo, la voz del cantante es captada por el micrófono

b) La señal del micrófono se envía al amplificador y actúa sobre los altavoces

c) El sonido proveniente de los altavoces actúa de nuevo sobre el micrófono, que vuelve a enviar la misma señal al amplificador y de ahí a los altavoces...

d) Y se repite el proceso en un bucle, originando ese molesto pitido cuya intensidad y frecuencia dependerá de muchos factores: Distancia entre micro y altavoces, direccionalidad del micro, curva de respuesta del equipo...


Cómo evitar el efecto Larsen:

- Usar micrófonos direccionales
- No dirigir el micrófono a los altavoces
- Situar los micrófonos lejos de los altavoces
- El micrófono, siempre detrás de los altavoces
- Si se dispone de ecualizador, atenuar la banda de frecuencia a la que se produce el acople.
- Reducir el volumen del equipo




11. El vídeo

SORTEO AGOSTO 2014

July 25, 2014, 3:51 am

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NUEVO SORTEO PARA ESTE MES DE AGOSTO 2014


Bases


1. ¿Quien puede participar?

Todo aquél que esté suscrito a mi canal de youtube


2. ¿Cuáles son los regalos?

En principio eran (y siguen siendo) dos:

Primer premio: Desoldador casero
Segundo premio: Fuente alimentación 0-30V  4A

Sin embargo, a última hora me dí cuenta que tengo seguidores por muchos temas distintos, y los regalos anteriores puede que no sean de utilidad para muchos, así que añado la posibilidad de sustituir los artículos anteriores por otra cosa que se supone del gusto de todos:

Una Tablet NUEVA marca Samsung, de 10 pulgadas y 16 GB de memoria

Será a elección del ganador escoger uno de los dos premios.


3. ¿Qué alcance tiene este sorteo?

El alcance de este sorteo es mundial. Todos los suscriptores de mi canal pueden participar.


4. ¿Cómo participar?

Simplemente, deja un comentario en el vídeo, puedes poner cualquier texto, por ejemplo: "Participo". 


                                      El vídeo para participar es éste:

Una persona participa sólo una vez, es decir, no vale poner muchos comentarios, cosa que detectaré cuando ordene alfabéticamente la lista de participantes. Sin embargo, si tienes algo que decir, puedes poner mas de un comentario, no pasa nada, xD


5. ¿Cómo seguir el sorteo?

Ahora estás en el sitio adecuado: En este artículo del blog que estás leyendo ahora mismo. Aquí iré poniendo información conforme vayan ocurriendo los hechos en el sorteo:

- Apertura del plazo para participar
- Cierre del plazo para participar
- Publicación de la lista de participantes
- Plazo para reclamar sobre la lista anterior
- Fijar la fecha para los dos sorteos
- Resultado de ambos sorteos
- Confirmación de los ganadores


6. ¿Cuándo comienza y finaliza el plazo para participar?

El plazo comienza nada mas subir el vídeo del sorteo: El día 13 de agosto de 2014. A partir de ese momento podéis poner un comentario en ese vídeo para participar

El plazo termina 10 días después, el 23 de agosto de 2014 a las 24:00 horas (hora española)


7. Elaboración de la lista de participantes

Una vez cerrado el plazo para participar no se incluirán los comentarios que pudieran llegar. Comenzaré a elaborar una lista de participantes a partir de todos los comentarios que se hayan hecho en el plazo correcto.

Esa lista la publicaré en forma de hoja de cálculo en google para que todo el mundo pueda consultarla, guardarla, etc. Lógicamente no será posible modificarla, sólo consultarla.

A cada participante se le asociará un número comenzando por el 0 hasta llegar al último, por ejemplo, si hay 3000 comentarios válidos, la numeración será desde el 0000 hasta el 2999. En este caso, para cubrir todos los números con cuatro dígitos se asignará un segundo número a cada participante (desde el 3000 hasta el 5999) y un tercer número (desde el 6000 hasta el 8999). Así, sólo quedarán unos 1000 números "libres": del 9000 al 9999. Si aún así el día del sorteo, el número premiado recae sobre uno de estos números "libres", el sorteo se trasladará al día siguiente. Hasta que forzosamente caiga sobre un número "ocupado".

Para obtener los dos números ganadores recurriremos al sorteo de la ONCE, en la fecha que fijaré (con antelación) mas adelante. Para los que son de fuera de España aclaro que la ONCE es la Organización Nacional de Ciegos Españoles y hacen un sorteo de lotería diario desde hace muchos años, siendo un sorteo oficial completamente formal.

Este método da las mismas probabilidades a todos y a cada uno de los participantes.


8. Fecha del sorteo:

Está por determinar, pero será claramente en septiembre, pues aún queda el período de 10 días para que la gente participe, tiempo para elaborar la lista de participantes, y tiempo para solucionar posibles errores.

En realidad serán dos sorteos, dos regalos, dos ganadores, y serán días consecutivos. Como dije antes, nos basaremos en el sorteo de lotería de la ONCE.


9. Sobre los ganadores

Una vez hayan dos ganadores, contactaré con ellos por medio de un mensaje privado para obtener los datos que me permitan hacerles llegar el regalo. No publicaré ninguna información confidencial, sólo el nick y el país, y como mucho, la provincia.

Si un ganador no contesta a mi mensaje en un plazo de 15 días se entiende como renuncia y se realizará un segundo sorteo pasados esos 15 días.


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 A partir de aquí iré poniendo información del sorteo según ocurran las cosas

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- FECHA DE INICIO DEL PLAZO PARA PARTICIPAR: 13 AGOSTO 2014

- FECHA DE FINALIZACIÓN DEL PLAZO PARA PARTICIPAR: 23 AGOSTO 2014 a las 24 horas (hora española en la península)

- Cerrado el plazo para participar. Hoy es 23 agosto 24h.

- Youtube dice que hay 2.840 comentarios, pero es previsible que haya que borrar unos cuantos (duplicados) y los míos (yo no participo)

- Ahora necesitaré unos días para convertir todos los comentarios del vídeo del sorteo en una hoja de cálculo, asignando además los números para el sorteo. Cuando esté lista esa hoja la publicaré en google y lo anunciaré en mis redes sociales


31-Agosto 2014

Publicada la hoja de cálculo con los participantes (provisional)
Hay diez días de plazo para reclamar (hasta el 10 de septiembre)


11 de septiembre 2014

Publicada la hoja de cálculo con los participantes (definitiva)

A consecuencia de una anomalía de Youtube, algunos comentarios desaparecieron misteriosamente. No se trata de fallo vuestro... ni mío. Si consultáis en google, veréis que este fallo ha causado problemas a muchos. No hemos sido los únicos...

Este plazo de 10 días para reclamar me ha servido para solucionar (espero) todas las reclamaciones. Las reclamaciones me han llegado vía youtube, twitter, facebook y este mismo blog. Han sido 174 personas las que han declarado haber comentado el vídeo del sorteo en el plazo correcto, así que estas 174 personas han sido incluidas en la nueva hoja de cálculo, cuyo enlace es este:

Lista definitiva de participantes y números asignados

Ahora son 1671 participantes

Las columnas en la hoja de cálculo son:

A: (Número de orden): Es un contador, para saber cuántos participantes hay

B, C, D, E, F: Cada participante tiene asignados cinco números a cuatro dígitos. Con esto se cubre el intervalo desde 0000 hasta 8354 (por esto jugaremos a los cuatro últimos dígitos del número premiado en la ONCE).

Hay un pequeño problema: Quedan desiertos los números desde 8355 hasta 9999. En caso de que el premio caiga en uno de estos números desiertos, nos iremos al sorteo del día siguiente (la ONCE juega a diario), es decir, de ninguna manera quedará desierto el sorteo.

G: Participa: El nick del participante.


PRIMER SORTEO:
La fecha para el primer sorteo será el VIERNES, 19 SEPTIEMBRE 2014

El premio para este primer sorteo será (a elegir):

La desoldadora o una tablet samsung 10'' 16GB


SEGUNDO SORTEO:
La fecha para el segundo sorteo la fijaré una vez resuelto el primero, y el premio será (a elegir)

La fuente 0-30 V 4A o una tablet igual que la anterior.


Web de la once: Lotería de la ONCE. (Para saber el número premiado)
También se retransmite el sorteo en TV en la "1" sobre las 22:00 horas.


17 Septiembre 2014

Incluyo este párrafo para comunicar que tras haber incluido en el listado a 174 personas que reclamaron haber comentado el vídeo en plazo, me encuentro con que ha llegado un goteo constante de otras personas reclamando igualmente, por youtube, facebook, twitter o este blog 100ciaencasa. En esta ocasión son menos: unas veinte. Pero me sabe muy mal seguir adelante sin contar con ellos.

Así que la lista sufre otro cambio. Perdonad las molestias, simplemente los cinco números asignados a cada uno ahora son distintos. La hoja de cálculo está actualizada así:

Lista definitiva de participantes y números asignados a 17 sep 2014

Todo lo demás permanece igual, ya sabéis: Este viernes 19 de septiembre (pasado mañana) estad atentos al sorteo de la ONCE porque será el primer premio.


19 septiembre 2014
El número premiado en la ONCE ha resultado ser el 63352
Quitando la cifra más a la izquierda queda: 3352, que en el listado de la hoja de cálculo corresponde a: Wilfredo Ferrebus
Enhorabuena!
Le he enviado un mensaje para que me facilite sus datos a fin de hacerle llegar el regalo.

La fecha para el segundo sorteo será el próximo viernes: 

26 septiembre 2014, 

y en esta segunda ocasión el premio será a elegir: La fuente de alimentación o una Tablet Samsung 10'' de 16GB



26 septiembre 2014

En esta segunda ocasión el número premiado en el cuponazo de la ONCE ha sido el 34376. Tomando las cuatro cifras de la derecha: 4376

El número 4376 corresponde en la lista a: Juan Castro

felicidades y enhorabuena!

Como en el primer sorteo, le enviaré un mensaje para que me comunique sus datos y poder enviarle el regalo.

El premio será la fuente de alimentación o la Tablet Samsung 10'' 16GB


2 octubre 2014

El segundo ganador del sorteo verano 2014, Juan Castro se ha hecho un poquito de rogar, xD, pero al final apareció y esta noche me ha contestado. Con esto, el sorteo queda resuelto. Así:

1er ganador: Wilfredo Ferrebus, de Venezuela (Maracaibo). Elige Tablet.
2do ganador: Juan Castro, de España (A Coruña), también eligió Tablet.

Tutorial de Electrónica Básica. 11. Soldadura

August 2, 2014, 10:06 am

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El presente artículo de este blog está dirigido a divulgar todo lo relativo a la soldadura empleada en electrónica, sin olvidar que éste es un tutorial básico. Veremos las herramientas mínimas necesarias, las opcionales, materiales utilizados, las técnicas y por supuesto, ejemplos.

La soldadura utilizada en electrónica no está caracterizada por tener una gran resistencia mecánica como otros tipos de soldadura (electrodos, autógena, tig, etc), aunque ofrecerá resistencia mecánica mas que suficiente para lo que se espera de ella. 

Los puntos fuertes de la soldadura electrónica son:

1. Baja temperatura de trabajo (200º-350ºC)
2. Buena conductividad eléctrica
3. En cuanto a economía, lo básico para soldar es bastante asequible.



El soldador

Hay de muchos tipos, y cada uno con unas características, vamos a ver los mas utilizados, empezamos con el que mas nos interesa, el tipo "lápiz".

Tipo lápiz

Soldador de tipo LÁPIZ

El más utilizado tanto por el aficionado como por el profesional (montaje y/o reparaciones). 

Normalmente está conectado, en funcionamiento, todo el tiempo que dure la sesión de trabajo ya que se usa a menudo y no consume mucho.

Se conectan a la red de corriente alterna (220/115V según el caso) y su potencia oscila entre 15 y 30W. No conviene usar más potencia porque los componentes que soldaremos pueden destruirse con el calor. Los soldadores tipo lápiz son muy manejables tanto por su poco peso como por su diseño.

Una de las partes mas importantes de un soldador es su punta. Es la que realiza la soldadura. Debe mantenerse en buen estado. Normalmente hay varios tipos de punta, intercambiables, para poder hacer distintos trabajos, por ejemplo, una punta grande para soldaduras de masa, y otra punta pequeña para soldar circuitos integrados.

Hay quienes se arreglan eligiendo una punta intermedia y con ella hacen ambos trabajos. Otros, prefieren tener dos soldadores y así no tener que andar cambiando punta.

No se debe lijar, limar ni realizar ningún tratamiento abrasivo sobre la punta, pues están recubiertas de un material que se perderá en ese caso, quedando la punta inservible.

Para mantener la punta limpia y en buen estado será suficiente con frotarla en una esponja de silicona ligeramente humedecida con agua que suele alojarse en el soporte del mismo soldador.

Personalmente prefiero un soldador tipo lápiz como éste:

Desarrolla 20W normalmente, pero si se pulsa el botón llega a rendir hasta 130W con lo cual se pueden hacer grandes soldaduras, incluso tubería de cobre se puede soldar con él.



Tipo pistola

No es muy utilizado por los aficionados. Está indicado para uso esporádico, ya que normalmente está apagado y al pulsar el gatillo se calienta muy rápido, de forma prácticamente instantánea. Suelen ser de potencia media-alta, y su principal problema es que su punta (la que realmente hace la soldadura) es poco precisa para trabajos delicados. 


Tienden a ser voluminosos y pesados, lo que no facilita tampoco los trabajos de precisión.



Tipo portátil, a gas

Otro tipo de soldador que merece la pena mencionar es el de gas butano. Su ventaja está clara: Podemos hacer una soldadura en cualquier parte, en cualquier lugar, sin necesidad de disponer de electricidad. 

Estos soldadores suelen llevar un juego de puntas para distintas tareas: Calor difuso, llama concentrada tipo soplete (más de 1000º C), espátula para cortar...

Y por supuesto, no puede faltar la punta para soldadura tipo electrónica.
Tienen una autonomía de al menos 20-30 minutos.



Soporte

El soldador, mientras no está siendo utilizado, necesita estar confinado en un sitio que lo contenga evitando daños a objetos cercanos o a él mismo. Si no se utiliza un soporte, tarde o temprano ocurrirá: 

Quemaremos su propio cable... o algo peor: El equipo que estamos reparando, alguna herramienta, la propia mesa de trabajo...





Algunos modelos de soporte (no todos) también permiten que el soldador se libere del calor excesivo por no estar siendo utilizado.

La mayoría de soportes tienen un espacio o cavidad para albergar una esponja de silicona sobre la cual pasaremos la punta del soldador para limpiarlo. Previamente habremos humedecido esa esponja con un poco de agua.



Estaño

Al igual que en otros tipos de soldadura, hay que aportar material para hacer una soldadura. Ese material es el estaño. En realidad, no es estaño puro: Es una aleación compuesta por un 60% de estaño y un 40% de plomo. Esto es para bajar el punto de fusión de ese material.


El estaño para soldar tiene la apariencia de un hilo o alambre mas o menos grueso. En su interior lleva vetas de un producto conocido como "pasta de soldar" o "colofonia" que impide la oxidación de la soldadura por las altas temperaturas.

A pesar de la conocida toxicidad del plomo, en la soldadura de electrónica no se alcanzan temperaturas como para que el plomo emita vapores, simplemente se funde, se vuelve líquido, pero no emite gases, por lo que no hay que preocuparse por esto. El humo que puede verse al soldar proviene de la colofonia o pasta de soldar que el estaño lleva en su interior, no son vapores metálicos (ni estaño ni plomo).

El estaño se sirve en rollos de mas o menos peso. Los hay de unos pocos gramos (muy manejables) o de medio kilo o incluso mas (poco manejables pero a mejor precio). Una buena solución es comprarlo en formato grande y enrollar unos pocos metros en un carrete pequeño.

Otra característica es el grosor del estaño. Lo hay muy fino, para trabajos de precisión y mas grueso para trabajos mas "rústicos". Lo ideal es disponer de un carrete de cada tipo. Diámetros aconsejables son:

- por debajo de 1 mm para trabajos delicados
- 1 mm (o más) para trabajos menos delicados.



Flux o pasta de soldar

La pasta de soldar no es otra cosa que "colofonia", un producto derivado de la resina vegetal. Su función es evitar que la soldadura se oxide por efecto de las temperaturas relativamente elevadas.

Normalmente, el estaño para soldar lleva en su interior un poco de esta pasta de soldar, a modo de finas venas, lo que permite aportarla de forma sistemática a todas las soldaduras.

Hay veces en que es deseable incorporar a la soldadura una cantidad extra de pasta de soldar porque no es suficiente la que lleva el mismo estaño (o en el improbable caso de que el estaño no lleve esa resina). 

Para eso hay envases de esta pasta de soldar. Se pone una pequeña cantidad a los elementos a soldar y a continuación se aplica el soldador. Cuando la pasta se hace transparente, es el momento de hacer la soldadura como de costumbre.




Desoldador

Desoldar es la acción de quitar o eliminar una soldadura con el fin de liberar un componente, un cable, o simplemente eliminar el estaño que pudiera haber en algún punto.

Mas adelante veremos las distintas opciones y herramientas para esta labor, así como la técnica a utilizar y ejemplos para cada una de esas opciones.



Ejemplo de equipo para empezar

Esto es algo muy personal y muy al gusto de cada uno, pero sugiero este pequeño kit de herramientas para empezar:

- Un soldador tipo lápiz de 20-30W
- Soporte para ese soldador, con esponjilla de silicona
- Estaño, con alma de resina, diámetro 1mm
- Desoldador de pistón

CONSEJOS Y TIPS, ANTES DE EMPEZAR A SOLDAR...

Qué se puede soldar con soldadura de electrónica

No todos los materiales aceptan la soldadura de estaño. Los que la aceptan son básicamente: Cobre, hierro y latón.

Por el contrario, el acero y el aluminio la rechazan. 


Superficies limpias, sin óxido
Los elementos a soldar deben ofrecer el típico brillo metálico, señal de que están limpios y sin óxido. Es muy difícil por no decir imposible hacer una soldadura en, por ejemplo, una pista de cobre que tenga aunque sea un poco de óxido o algún tipo de esmalte. Y si se consigue, no será fiable.

Lo mismo para los terminales de los componentes o los cables. Deben lucir brillo metálico.

Para ello, debemos limar o rascar, con cuidado, los elementos a soldar hasta obtener dicho brillo. Un papel de lija muy fino o una pequeña lima nos servirá.

Para eliminar el esmalte que suelen llevar las pistas de cobre es útil un pequeño destornillador (plano) de relojero. Rascaremos sobre la pista y veremos como se desprende el esmalte apareciendo el brillo metálico del cobre.


¡No soplar! 

Se debe evitar el soplar sobre la soldadura recién hecha "para que se enfríe antes". Esto provoca que el estaño solidifique en una forma conocida como "soldadura fría", que es defectuosa: Mala conductividad eléctrica y poca resistencia mecánica.

La soldadura debe dejarse que enfríe por sí sola, lo que por cierto tarda sólo unos pocos segundos. Así el estaño solidifica en forma cristalina, resultando una soldadura mucho más conductora y con mayor resistencia mecánica.


El estaño en el suelo, en la ropa...

Hay que llevar cuidado con las gotas de estaño fundido que pueden desprenderse del soldador (o desoldador). No provocan quemaduras graves pero sí son dolorosas o al menos molestas.

En cuanto a los objetos, debe evitarse que sean alcanzados por el estaño fundido ya que si se trata de plástico puede deformarse por el efecto del calor, y aunque la gota de estaño se suelte con facilidad, queda la marca, siendo un daño estético.

Cuanto una gota de estaño cae al suelo, si es de tipo cerámico (baldosa, terrazo, losas), no le provocará el menor daño pues la temperatura no es suficiente para dejar mella. Simplemente la gota cae al suelo, se hace una "torta" y se desprende con mucha facilidad, no se pega.

Referente a la ropa y tejidos, mi experiencia es que cuando una gota de estaño cae en una de ellas no la quema, pero se introduce por los tejidos en estado líquido y cuando solidifica se queda anclada, siendo muy difícil de retirar.


4. SOLDADURA. EJEMPLOS PRÁCTICOS

4.1. Soldar un componente al circuito impreso

El orden de actuación en el proceso de soldadura será así:

1) Aplicar el soldador para calentar tanto la pista de cobre como el terminal o patilla del componente a ser soldado

2) Aplicar estaño, el justo, ni más ni menos. Por supuesto, el soldador sigue calentando la zona de soldadura. No debemos moverlo. Veremos que el estaño se difundirá por capilaridad envolviendo tanto al terminal como a la zona de pista de cobre por donde asoma ese terminal.

3) Dejamos de aportar estaño pero mantenemos el soldador un par de segundos más.

4) Retiramos el soldador.

La soldadura ya está hecha

Ejemplo 1: Un condensador

En el vídeo podemos ver en 12:10 como soldar un componente como un condensador, que tiene solo dos terminales.

Ejemplo 2: Un circuito integrado

Dejando de lado la posibilidad de utilizar un zócalo, en cuyo caso no hay que soldar el circuito (pero sí el zócalo), un circuito integrado es uno de los componentes mas delicados a la hora de soldar. En el vídeo en 13:58

Una vez insertado el integrado en el circuito nos aseguramos de que está bien asentado y doblaremos ligeramente las patillas de los extremos para impedir que se salga.

Y comenzamos a soldar los terminales. Evitaremos soldarlos secuencialmente para impedir que el calor de la soldaduras se acumule en la misma zona. Mejor iremos soldando los terminales de forma alterna, lo mas alejados posible el uno del otro, y dejando pasar unos segundos entre soldadura y soldadura para que el integrado se enfríe.



5. Soldar dos cables entre sí

Dejando aparte la posibilidad de unir mecánicamente ambos cables (es decir, hacer un empalme), la forma más básica de unir mediante soldadura un par de cables es la siguiente, y resulta ser más que suficiente la mayoría de veces:

1) Pelamos los extremos de los cables a ser soldados, es decir, retiramos el aislante que recubre a ambos cables. Depende de cada caso concreto, pero 5 mm de cobre desnudo serán suficientes.

2) Estañamos los extremos de ambos cables. Esto hará mucho más fácil la soldadura posteriormente: Sujetamos el cable y lo calentamos unos segundos, hay que tener en cuenta el tipo de cable ya que los hay tan delicados que bastan tres segundos para dañar su funda, otros por el contrario aguantan perfectamente mucho más tiempo. Cuando estimamos que el cable está caliente aplicamos estaño. Movemos el soldador a lo largo del cobre desnudo y también giramos el cable. Lo que antes era cobre ahora debe lucir con el color del estaño. Es opcional poner pasta de soldar a los extremos antes de estañarlos.

3) Juntamos los cables. Los calentamos brevemente con el soldador y aplicamos un poco de estaño. Como los cables ya estaban estañados (punto 2 anterior) la soldadura se hará rápidamente.

En el vídeo, en 15:50


6. Soldando una clavija tipo jack

Soldar una clavija tipo jack, macho o hembra, ya sea de alimentación o de sonido, es una tarea tan frecuente, que quiero darle cobertura en este tutorial. Con esto podremos salvar auriculares y/o alimentadores que a veces lo importante no es lo que costaría uno nuevo sino que simplemente no encontramos uno igual. Muchas averías en estos dispositivos consisten precisamente, en que algún terminal de la clavija (o el cable que sale de ella) está cortado, interrumpido.

En el vídeo en 18:00

Seguiremos los siguientes pasos:

1) Cortamos "por lo sano", desechando la clavija dañada. Insisto en que muchas veces lo que está dañado es el trozo de cable que está soldado a dicha clavija.

2) Quitamos la funda a la clavija nueva y la metemos en posición correcta en el cable. Fallo muy típico de principiante olvidar este paso.

3) Pelamos los dos (o tres) cables según el caso. Serán dos si se trata de un alimentación o cargador (positivo y negativo), y tres cables en caso de auriculares stéreo (masa + los dos vivos, aunque a veces hay 4 cables: dos negativos y dos vivos, es decir, el negativo no sería común sino uno para cada canal). Cuando pelamos cada cable hay que dejar a la vista una longitud exacta de cobre en cada uno de ellos, y también respetaremos la polaridad. Anotar la posición de los cables ANTES de cortar, pues luego puede que no nos acordemos qué posición tenían los cables.

4) Estañamos los extremos de esos cables

5) Estañamos los terminales de la clavija

6) Hacemos la soldadura de cada uno de los cables a la clavija

7) Deslizamos la funda de la clavija a través del cable y la fijamos sobre la clavija. Normalmente van a rosca.



7. Soldaduras grandes

7.1. Soldaduras de "masa" o de elementos de gran tamaño.

En este tipo de soldaduras, la diferencia reside en el tamaño de la soldadura, en la cantidad de material puesta en juego. A veces se trata de cables de gran sección, otras veces son las sujeciones de los disipadores en el circuito impreso, también los blindajes o "jaulas" suelen ir soldados en el circuito impreso, y cualquier elemento que suponga una soldadura de gran tamaño.

La dificultad en este caso consiste en que al ser una soldadura de gran superficie, el calor se disipa al aire con tanta rapidez que el soldador no tiene potencia suficiente para elevar la temperatura hasta el punto de fusión del estaño. El calor se evacua al mismo ritmo que ingresa.

La solución consiste en emplear un soldador de mayor potencia.

Por eso es tan práctico el soldador tipo lápiz que comenté anteriormente: El que tiene un botón que al presionarlo desarrolla hasta 130W. Prácticamente ninguna soldadura en electrónica se resiste a esa potencia. No al menos las soldaduras "normales" con las que nos vamos a encontrar.


7.2. Soldaduras para cosas que no son de electrónica

Es posible utilizar la soldadura de estaño para trabajos que no tienen nada que ver con la electrónica, pero hay que tener en cuenta que esta soldadura no tiene elevada resistencia mecánica como la llamada "soldadura fuerte": eléctrica, TIG, autógena...

Sólo se utilizará para aplicaciones que vayan a soportar poco esfuerzo.


7.3. El estaño-plata

Estaño-plata y su flux (distinto del estaño-plomo)

Otro tipo de "estaño" para aportar a la soldadura es el estaño-plata (en lugar de estaño-plomo). Tiene una resistencia mecánica mayor que el estaño-plomo (pero sin llegar ni mucho menos al nivel de las soldaduras "fuertes" como he mencionado antes.

Los hay de distintas composiciones, siendo lo habitual un porcentaje de plata del 2% al 10%.





7.4. Ejemplo 1: Soldar una tubería de cobre a la tapa de un frasco.

Un ejemplo de uso para la aleación estaño-plata es soldar unas espigas a la tapa metálica (de hierro) de un frasco. Podéis ver en el 23:28 del vídeo cómo con la acción conjunta del soldador de 130W y el estaño plata, las espigas quedan sólidamente unidas a dicha tapa.

Esta soldadura también podría haberse hecho con estaño-plomo convencional.


8. Desoldar

"Desoldar" es la operación de eliminar una soldadura. Operación necesaria para liberar un componente electrónico, un cable, un conector o cualquier elemento soldado.

Hay veces en que desoldar es una operación trivial y rápida, y otras en que no es tan fácil,... o sí lo es, pero es pesada por tratarse de un componente con un número elevado de terminales: Desoldar un chip de 64 patillas es fácil, pero pesado).

Como siempre, las opciones son muchas... y los precios también. Dependerá del nivel de implicación que tengamos con la electrónica, el presupuesto disponible...

Vamos a ver las formas más comunes de hacer una desoldadura y las herramientas empleadas:



8.1. ...con el propio soldador

Es la forma más sencilla y económica, pero lamentablemente no siempre es posible. Sirve por ejemplo, para quitar un simple cable. También podemos extraer un componente de dos patillas (resistencias, condensadores, diodos, bobinas) soltando primero uno de los terminales: aplicando el soldador a ese terminal tiramos levemente del componente para extraer ese terminal. Después aplicamos el soldador al otro terminal y al tirar del componente éste debería salir del circuito impreso.

Este método se vuelve especialmente arduo, o simplemente imposible, con componentes de tres o más terminales.



8.2. ...con el pistón de vacío

Esta ya es una herramienta específica para desoldar. Las hay muy económicas (la de la foto costó unos 5€), y también las hay profesionales, con boquillas intercambiables, pero con un precio bastante mayor. Necesitan la acción conjunta del soldador, no calientan por sí solos.

Su funcionamiento: 

1. Presionamos el émbolo hasta el final, éste quedará fijado por un resorte

2. Calentamos la soldadura con el soldador, el estaño se funde

3. Aplicamos la boquilla del desoldador a la soldadura y liberamos el émbolo

4. El pistón retrocede bruscamente aspirando el estaño


Como el estaño se acumula en el interior del pistón, de vez en cuando hay que abrirlo para limpiarlo.

Desoldador de pistón

8.3. ...con malla absorbente

Para desoldar con la malla, aplicar ésta sobre la soldadura, y sobre la malla aplicar el soldador. Cuando veamos que el estaño se ha fundido y la malla ha absorbido el estaño, retiraremos al mismo tiempo ambas cosas (malla y soldador).

Iremos recortando la malla llena de estaño según la vayamos gastando.

Un formato común es el de rollo con una longitud de 1 metro (mas o menos)

Malla desoldadora

...desoldador comercial por vacío

Desoldador por vacío, comercial

Indudablemente es una de las mejores opciones

El desoldador por vacío es rápido, fácil de usar y muy eficiente. Funciona como el pistón desoldador pero se aplica el calor con el propio desoldador, todo en uno, de modo que no hace falta soldador para fundir el estaño.

La succión no se realiza por un simple émbolo ni tampoco accionando la clásica pera de goma, sino con una bomba eléctrica de vacío que, al presionar un botón, funciona de forma continua.

Pueden intercambiarse las puntas para adaptarse a distintos componentes (desde los terminales mas finos hasta terminales gruesos de transformadores, etc). También es común que pueda regularse la temperatura de la punta desoldadora mediante el correspondiente control.

Disponen de varios filtros para impedir que el estaño aspirado pueda alcanzar la bomba de vacío. Estos filtros pueden limpiarse muchas veces, pero llega un momento en que hay que sustituirlos.

En mi canal de Youtube tengo un vídeo dedicado a esta herramienta, por lo que no me extenderé mucho aquí y mejor os remito a ese vídeo.

Vídeo dedicado al DESOLDADOR POR VACÍO, COMERCIAL


8.5. ...desoldador casero

Esta es una opción tan buena como la anterior, pues siendo tan eficiente y cómodo, es mucho mas barato. Consiste en montar tu propia estación desoldadora partiendo de material bastante asequible.

A continuación, la desoldadora que construí el año pasado (y que sigo utilizando hasta hoy en todas las reparaciones y trabajos). No me ha dado ningún problema y después de más de un año, puedo asegurar que es fiable y robusta.

Desoldador casero, con bomba de vacío... también casera.

El funcionamiento es básicamente igual que el comercial. Presionamos un botón (en este caso, un pedal en el suelo, accionado por un pie) y la bomba de vacío produce la succión del estaño. El desoldador es el típico de pera, al que se le conecta la manguera que viene desde la bomba de vacío.

Por cierto, la bomba de vacío también la construimos nosotros y por menos de 25 euros. Os paso el enlace de los dos vídeos:

Cómo hacer una bomba de vacío casera
Desoldador casero, con bomba de vacío



9. El vídeo

Tutorial de Electrónica Básica. 12. Bobinas

October 3, 2014, 5:59 am

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¿Qué es una bobina?

Una bobina es un componente que consiste en un arrollamiento de hilo conductor (normalmente cobre). La constitución de la bobina puede ser muy variable (veremos sobre esto más adelante) pero básicamente consiste en eso: Un arrollamiento de hilo conductor.

El conjunto de hilo conductor de una bobina recibe el nombre de "arrollamiento", "bobinado" o "devanado". Cada una de las vueltas recibe el nombre de "vuelta" o "espira". Un bobinado puede ser de una o varias capas, es decir, un arrollamiento sobre otro arrollamiento. El interior de la bobina se conoce como núcleo, que puede ser de algún material ferromagnético o simplemente de aire.

Como se puede ver, las bobinas pueden tener tamaño, forma y apariencias muy distintas.

Es muy importante que ese hilo conductor esté aislado eléctricamente para que realmente sea una bobina, de lo contrario sería un simple conductor eléctrico ya que la corriente pasaría de espira a espira en lugar de recorrer el camino en espiral. En el caso de que la bobina la hagamos nosotros mismos, ese aislante debe ser eliminado en los extremos de la bobina para que ésta pueda ser conectada al circuito correspondiente.

No todas las bobinas son de dos terminales. Las hay con una o más tomas intermedias, de modo que hay bobinas con tres o más terminales, aunque la de dos terminales (la mas sencilla) es bastante común.

Bobina. Partes que la componen

Comportamiento

Entre una bobina y un simple conductor eléctrico hay una diferencia: En el caso de la bobina, el hilo o cable está dispuesto en forma de arrollamiento. Esto hace que ocurran varios fenómenos.


- Convierten electricidad en campo magnético

Cuando a una bobina se le comunica corriente eléctrica, parte de esa electricidad se convierte en un campo magnético (algo parecido a un imán) que rodea a la bobina. Mas tarde, ese campo magnético puede ser "reabsorbido" por la bobina y convertirse nuevamente en electricidad. En realidad esto ocurre también en un simple conductor, pero de una forma tan débil que apenas es apreciable. En una bobina este fenómeno ocurre de forma mucho más notable.

Hay cierto paralelismo entre la bobina y el condensador: Un condensador almacena la electricidad en forma de campo eléctrico. Una bobina la almacena en forma de campo magnético.


- Se oponen a los cambios de corriente

Otra característica de las bobinas es su oposición a los cambios de corriente. Ojo a la sutil diferencia: No se oponen a la corriente sino a los cambios de corriente.

Por ejemplo, si se conectan 12V a una bobina, habrá una reacción de la bobina en el mismo momento en que se conecten la corriente. Dicha reacción consiste en un breve pulso de corriente (en sentido inverso al aplicado). Una vez ocurrido esto, la bobina conduce como un conductor normal si bien a su alrededor habrá un campo magnético mas o menos intenso dependiendo de cómo sea la bobina y la corriente que la atraviese.

Reacción de una bobina a los CAMBIOS de tensión. En CC esto ocurre al conectar y desconectar la corriente

Cuando más tarde, se desconecten esos 12 V, ocurrirá un nuevo pulso de corriente que se opondrá al cambio de corriente. Ahora el pulso de corriente será en el mismo sentido en que la corriente circulaba. Esto explica la aparición de arcos y chispazos en los interruptores cuando se desconectan dispositivos basados en bobinas tales como grupos de tubos fluorescentes (llevan reactancias en sus circuitos).


- Generan electricidad si un campo magnético las afecta

Antes hablábamos de aplicar corriente eléctrica a una bobina, pero las bobinas son máquinas reversibles: Si el campo magnético de un imán interfiere con una bobina, generará en ésta un corriente eléctrica mas o menos intensa que dependerá de muchas variables. Lo veremos de forma práctica en "usos de las bobinas"


- Atraen objetos ferromagnéticos

El campo magnético creado en una bobina es capaz de atraer objetos con tanta o más fuerza que el más poderoso de los imanes. En esto se basa el electroimán, que tiene muchas aplicaciones.

Grúa basada en electroimán

Características

Las bobinas tienen bastantes parámetros que definen su comportamiento.

La magnitud más importante de una bobina es su valor de inductancia. Éste es el parámetro que nos van a preguntar en la tienda de electrónica cuando vayamos a comprar alguna bobina. Se mide en Henrios, pero en electrónica, a menudo se utilizan unidades menores como el milihenrio y el microhenrio.

La inductancia es la oposición que presenta una bobina a los cambios de corriente. A mayor inductancia, mayor será la respuesta de la bobina a los cambios de corriente.

La inductancia viene determinada por la forma en que se construya la bobina. Para hacernos a la idea, la inductancia será mayor cuanto mayor sea:

- La longitud del hilo para hacer el arrollamiento o bobinado
- El número de vueltas o espiras
- El diámetro de esas espiras

También influye la naturaleza, tamaño y forma del núcleo de la bobina.

Hay aplicaciones tanto en forma de programa como on-line en páginas web donde podemos hacer cálculos de bobinas. La mayoría están en inglés.

Por ejemplo:

Aplicación para calcular bobinas



Tipos de bobinas

Se pueden clasificar las bobinas en muchísimos tipos, pero al electrónico le importa sobretodo la siguiente clasificación:

- Fijas: Tienen un valor de inductancia marcado de fábrica, un valor fijo.

- Variables: Tienen un núcleo que puede introducirse mas o menos en el devanado haciendo que el valor de inductancia cambie dentro de un rango. 

Para ajustar el núcleo, normalmente el mecanismo utilizado es el de rosca. Es decir, el núcleo es roscado como un tornillo. Para la operación de ajuste de una bobina debe utilizarse una herramienta específica (trimador) y no un destornillador metálico común, pues en este último caso, la naturaleza metálica del destornillador falsea el valor real de la bobina mientras se está ajustando. Cuando después de hecho el ajuste se retira el destornillador el valor de la bobina cambia súbitamente, con lo cual el ajuste es defectuoso.

Estuche de un juego de trimadores con punta de porcelana

Otro juego de trimadores, enteramente de plástico, más económico

Usos de las bobinas

Las bobinas se utilizan para aplicaciones muy dispares, son verdaderamente polifacéticas y las podemos ver haciendo cosas muy diferentes. Algunos usos comunes son:


- Transformadores: 
Si disponemos dos bobinas próximas entre sí, hacemos que el campo magnético de una bobina produzca corriente eléctrica en la otra. Si el número de espiras en ambas bobinas no es el mismo, podemos elevar o reducir el voltaje obtenido.

Esquema eléctrico de un transformador típico

Dedicaré un capítulo completo a los transformadores.


- Reactancias para los fluorescentes:
La llamada reactancia de los fluorescentes tiene la función de iniciar el encendido del tubo. Aunque en la actualidad este cometido lo hace con mas eficiencia un circuito electrónico, se sigue utilizando el conjunto cebador-reactancia


- Filtros, en las fuentes de alimentación y otros circuitos
Tienen la finalidad de eliminar o bloquear corrientes de alta frecuencia, indeseables en una fuente de alimentación. Se emplean mucho en radio, tv y comunicaciones en general.


- Osciladores
La propiedad de las bobinas de responder con un pulso de corriente las hace aptas para un dispositivo electrónico conocido como oscilador, que proporciona una señal alterna de una frecuencia determinada. Es el circuito LC basado en una bobina y un condensador, también conocido como circuito tanque.

El valor de la frecuencia de resonancia del circuito LC dependerá del valor de la bobina y el condensador. La fórmula matemática que permite conocer esa frecuencia de resonancia es:

F = Uno / 2 x PI x Raiz de L x C

F es la frecuencia en herzios,
L es la inductancia de la bobina, en henrios
C es la capacidad del condensador en faradios

Circuito LC. Oscilación amortiguada. Fórmula para hallar la frecuencia de resonancia de un circuito LC conociendo L (inductancia) y C (Capacidad)

- electroimanes
El campo magnético creado en una bobina hace posible usar esa bobina a modo de iman. En este caso hablamos de un electroimán. Si no aplicamos corriente a la bobina no hay campo magnético, no hay atracción. Aplicando una corriente variable obtendremos un poder de atracción también variable: Desde cero hasta un máximo.

Este hace muy versátil al electroimán frente al imán convencional cuyo poder de atracción es fijo y no puede ser regulado.

Se construyen electroimanes desde tamaño minúsculo para equipamiento y dispositivos electrónicos, relés, etc... hasta tamaños enormes y muy poderosos como los utilizados en grúas para mover grandes objetos metálicos.


- Generadores 
La propiedad de generar electricidad al pasarles cerca un imán las hace idóneas para construir generadores, desde los mas pequeños hasta los más potentes generadores industriales

Linterna sin pilas, basada en bobina e imán que se desplaza al agitarla

- Sensores
Una bobina cambia su valor de inductancia según el núcleo que se le ponga. Al cambiar su valor de inductancia, si esta bobina forma parte de un circuito oscilante, también cambiará la frecuencia de resonancia de este circuito. Este hecho puede aprovecharse para detectar la presencia de metales, tal como en los buscadores de metales.


- Altavoces
Los altavoces basan su funcionamiento en poner una bobina junto a un imán. Al aplicar a la bobina una corriente cambiante (la del sonido), esta bobina se moverá al ritmo de esa corriente (la del sonido). Si se le une una membrana a la bobina, ésta emitirá el sonido.

Podéis ver como hacer un altavoz experimental en uno de mis vídeos:

Cómo hacer un altavoz con una bobina y un imán.



Símbolo de una bobina en un esquema

Los símbolos utilizados para las bobinas en los esquemas son los siguientes:

Simbología utilizada en los esquemas electrónicos para representar bobinas

Cómo medir o comprobar una bobina


Una bobina puede tener dos tipos de avería:

1.Bobina cortada. Es la avería más fácil de detectar. Consiste en que el hilo de la bobina se corta, se interrumpe, por cualquier causa: Exceso de corriente, envejecimiento, acción de productos, acción mecánica por mal manejo...

Esta avería puede producirse en cualquier parte del bobinado, pero lo más común es que se produzca en los bornes de la bobina o incluso en la misma soldadura (en caso de que vaya soldada a un circuito impreso).

Para determinar si ésta es la avería de una bobina basta con medirla con un polímetro seleccionado en ohmios. Por regla general las bobinas deben dar valores cercanos a CERO ohmios, pero ¡Ojo! porque en algunos casos la bobina no tiene porqué dar un valor muy cercano a cero para estar bien.

Por ejemplo: El típico transformador con primario de 0-220V y secundario de 12V. Recordemos que un transformador de este tipo son dos bobinas: Primario y secundario.

El secundario SÍ debe dar un valor cercano a cero, pues se trata de un devanado con pocas vueltas y un hilo mas bien grueso (muy conductor).

En cambio, el primario puede (y debe) dar un valor de decenas o incluso centenares de ohmios, pues se trata de un bobinado de muchas vueltas y un hilo bastante fino (por lo tanto ya no es tan conductor).

Lo mismo con los secundarios de las bobinas de los transformadores de los inversores en TV y monitores.


2. Bobina en cortocircuito. Este caso ya no es tan evidente como el anterior. Consiste en que dos o más espiras pierden el aislamiento y se rozan eléctricamente entre sí. 

Si se trata de dos espiras contiguas el efecto no será muy acusado, pero si son dos espiras alejadas entre sí (caso de las bobinas multicapa) el efecto será mayor, pudiendo provocar que la bobina no funcione.

Esta avería puede producirse por calentamiento, golpes, vibraciones, defectos de fábrica...

No es posible determinar esta avería con un polímetro común midiendo en ohmios, pues tanto si la bobina está bien como si está cortocircuitada, en la mayoría de los casos la lectura será de casi cero ohmios.

Existe una excepción: Algunos modelos de polímetro llevan una escala para medir inductancia, si bien no cubren toda la escala. Normalmente sólo miden microhenrios.

Otra posibilidad es utilizar un inductómetro o probador de bobinas, que sí cubren un buen rango de valores de inductancia (no suelen ser baratos).

La última opción (que nunca falla) para descartar una bobina como averiada es sustituirla por una nueva.




RINCON DE LA TEORIA

Efecto Jaula de Faraday

Este fenómeno fue descubierto hace casi dos siglos por un físico: Michael Faraday. Consiste en que los campos eléctricos no pueden entrar en una estructura metálica mas o menos cerrada. Esa estructura siente el campo eléctrico, y de hecho, se polariza. Sin embargo, en su interior, el campo eléctrico resultante es nulo.

Esto es a veces para bien, a veces para mal.

Este fenómeno es el responsable de que algunas cosas no funcionen cuando están dentro de habitáculos metálicos cerrados. Por ejemplo, ascensores, coches, jaulas...

En el vídeo hago un par de experimentos para poner de manifiesto este efecto. Uno con una radio, y otro con un par de móviles. Se puede ver como tanto la radio como los móviles dejan de ser operativos si se envuelven en una simple hoja de papel de aluminio

Como hemos comprobado, las ondas de radio inciden sobre el papel de aluminio pero no pueden penetrar al interior de la caja de Faraday que hemos improvisado con ese papel aluminio.

El fenómeno que acabamos de ver podemos usarlo en beneficio nuestro:

Hay circuitos que emiten ondas de radio por trabajar en régimen de oscilación a frecuencias altas. Y pueden producir interferencias en otros equipos cercanos. O al revés: Un circuito puede ser muy sensible a campos eléctricos de equipos cercanos.

La manera de proteger a esos circuitos es rodeándolos de un blindaje metálico (jaula de Faraday) de modo que ni emiten ni reciben señal que pueda causar interferencia en otros equipos.

Esto se usa en las fuentes conmutadas, discos duros, etapas de radiofrecuencia, y es fácil de reconocer en alguno de estos equipos el blindaje al que me refiero.

Blindaje electromágnético (Jaula de Faraday) para proteger equipos electrónicos de radiaciones externas (o impedir que éstos las emitan)

Este mismo fenómeno es el responsable de que se aconseje permanecer en un coche, o cualquier vehículo metálico (incluyendo aviones) en caso de tormenta eléctrica, lo cual es un buen consejo. La protección no consiste en que un vehículo sea inalcanzable por una chispa, de hecho, todos los aviones comerciales son alcanzados por término medio unas dos veces al año sin mas incidentes. La protección consiste en que la chispa recorre la carrocería metálica y no puede penetrar al interior.

Tormentas eléctricas y jaula de Faraday

En el dibujo anterior vemos cómo en el vehículo de la izquierda (carrocería metálica) la chispa siempre elegirá el camino mas conductor (carrocería) por lo tanto nunca entrará al habitáculo interior (aire aislante) quedando así protegidos los ocupantes. En el habitáculo de la derecha (hecho con material aislante, tal como plástico, cerámica o madera) a la chispa le "da igual" ir por la superficie, por dentro o por fuera, ya que los tres caminos son aislantes, por lo que sus ocupantes, eléctricamente hablando, estarían expuestos como si estuviesen al aire libre.

Esto último sin embargo no ocurre en un edificio moderno a pesar de estar hecho casi enteramente de cemento y cerámica, pues una casa también tiene una red bastante densa de metales que constituyen una buena jaula de Faraday (Estructura, teléfono, cables de la luz, fontanería, antenas, pararrayos, etc, que son los que captan casi siempre el rayo), por lo que ofrecen bastante seguridad... a condición de no usar esas redes cuando tenemos encima una tormenta. En el hogar, en caso de tormenta, la mayoría de accidentes ocurren por usar esos servicios: teléfono fijo, manipular grifos, aparatos eléctricos, etc.



EL VÍDEO

Cómo hacer licores. Licor CAFÉ

October 31, 2014, 9:30 am

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Hola amigos!

Este post en el blog y el vídeo que lo acompaña los voy a dedicar a una receta bastante conocida: Elaboración casera de licor café. Como sabéis, esta bebida suele formar parte de los postres, se dice que es digestiva y cae bien. Además de darse el placer de tomar un tapón de este licor, está el placer de elaborarlo, en casa...

Este licor lo podemos hacer partiendo de dos opciones, según de dónde obtengamos el etanol o alcohol etílico que se usará como ingrediente principal:

- orujo comercial, ya comprado
- etanol destilado por nosotros, ya sea de vino o de un fermentado

En el primer caso, lo normal es que se trate de etanol a 30º

En el segundo caso, con un destilador como el que monté hace unos años y que muestro en este vídeo obtendremos etanol a una pureza del doble: Unos 60-65º:

A su vez, el alcohol a destilar lo podemos obtener de las naranjas, así:

1. Algunas cosas referentes a la seguridad

Si el alcohol a utilizar es un orujo comprado, no hay nada que objetar.

En el caso de usar alcohol destilado por nosotros mismos hay que seguir una observación importante: Cuando estemos en el proceso de destilación, descartaremos el primer 3% (mas o menos) del alcohol que estimemos vamos a recoger.

Por ejemplo, si nuestra estimación es que recogeremos medio litro de alcohol, bastará con descartar los primeros 15 c.c. 

Todo esto es para evitar el temido metanol, que es un alcohol muy tóxico y que puede generarse en pequeñas cantidades en el proceso de fermentación, en nuestro caso, al fermentar el zumo de naranja.

De haber metanol en nuestro fermentado (que no tiene porqué haberlo obligatoriamente) lo habrá en pequeña cantidad y será el primero en salir cuando destilemos, pues su punto de ebullición es sensiblemente mas bajo (64,8ºC) que el del etanol (78ºC). Unos 13 grados de diferencia.

Por supuesto, la destilación es un proceso físico, no químico, de modo que no se crean sustancias. Si no hay metanol, la destilación no puede crearlo. Y si lo hay, con lo anterior quedamos protegidos. La destilación solo separa productos, no los crea.

A esto se le conoce como evitar "las cabezas", es decir, descartar lo primero que sale en la destilación. Por cierto, también es aconsejable evitar "las colas", que es el último alcohol que se recoge antes de que empiece a salir sólo agua. En las colas no hay productos tóxicos pero sí sustancias responsables de aportar mal olor a nuestro destilado.



2. Ingredientes

Alcohol: 700 ml (orujo comercial o bien alcohol destilado por nosotros)

Café: 5 cucharadas, unos 70 gramos.

Azúcar: 200 grs

Agua: 375 ml (o 150 ml) según el alcohol empleado

1 Vainilla, 1 canela en rama, 2 anises estrellados, peladura de naranja y limón




3. Preparación

Poner en un frasco grande los 700 ml de alcohol

Disolver 200 grs azucar y hacer un almíbar en:
  375 ml agua (si es alcohol de 65º)
  150 ml agua (si es orujo 30º)

Cuando el almíbar se enfríe, verterlo al alcohol

Poner 6 cucharadas de café en un paño y triturar a golpes (no moler fino)

Verter café triturado al alcohol

Añadir aromas: Vainilla, canela rama, 1 ó 2 anises estrellados, peladura de naranja y limón. Conviene pelar fina la corteza y evitar la parte blanca, pues esa parte amarga.

Tapar y dejar reposar mínimo 7-10 días en un sitio oscuro. Remover a diario.

Embotellar a través de embudo y colador de tela

Guardar en frío (no se congela)



4. Vídeo:

Tutorial Electrónica Básica. 13. Transformadores

December 26, 2014, 8:20 am

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ÍNDICE

Qué es un transformador
Partes de un transformador
Cómo funciona
Tipos de transformadores
Parámetros de un transformador
Símbolos utilizados en los esquemas
Ejemplo de utilización 
Cómo comprobar un transformador
Usos de los transformadores

RINCÓN DE LA TEORÍA. Inducción electromagnética
El vídeo




1. Qué es un transformador

Un transformador es un componente utilizado en aplicaciones eléctricas y electrónicas que permite modificar el voltaje de una corriente eléctrica. Esta modificación puede consistir en:

elevar el voltaje, 
reducir el voltaje
no modificar el voltaje 

Mas adelante, cuando abordemos el tipo de transformador denominado "de aislamiento", veremos esta tercera opción aparentemente extraña.

Transformadores elevadores/reductores

Una cosa que hay que tener en cuenta es que un transformador sólo funciona con corriente alterna. No sirven para corriente continua. Si ponemos un transformador en un circuito por donde sólo pasa corriente continua, ésta recorrerá al transformador como si de una simple resistencia se tratara, es decir, se disipará calor, habrá una caída de tensión, pero nada más. No habrá transformación de voltaje.




Esto es debido a que los transformadores funcionan en base al fenómeno de inducción electromagnética, y este fenómeno sólo ocurre cuando hay una variación de corriente, tanto en magnitud como en sentido de dicha corriente. Es decir... corriente alterna.



2. Partes de un transformador

Partes de un transformador

BOBINADO

Todo transformador tiene, como mínimo, dos bobinas o devanados de hilo conductor. Estas bobinas no están conectadas eléctricamente entre sí, están aisladas. La transferencia de corriente desde una bobina hacia la otra se produce mediante el fenómeno de inducción electromagnética.

Estos bobinados tienen un nombre:

- Primario: Es la bobina de "entrada" a la cual se le aplica la corriente a la que queremos transformar su voltaje.

- Secundario: La bobina de "salida" que nos devuelve la corriente de entrada ya transformada.

Por ejemplo, en un cargador de teléfono móvil, hay un pequeño transformador con un primario de 220 voltios (la corriente de entrada, de la red), y un secundario de 5 voltios (para cargar el móvil)

Es muy frecuente el caso de transformadores con mas de dos bobinados. En las fuentes de alimentación modernas es usual que el secundario del transformador tenga 2, 3 y 4 secundarios.

También tenemos los transformadores con salida simétrica que proporcionan un cero y dos tensiones iguales (desfasadas 180º entre sí) de modo que cuando una está en el semiciclo positivo, la otra está en el semiciclo negativo. Este tipo de secundario se utiliza para fuentes de alimentación simétricas, con una salida "cero", una tensión positiva y otra tensión de igual valor pero negativa. Hay muchos circuitos que necesitan este tipo de alimentación, y son muchos los circuitos integrados que también exigen este tipo de alimentación. El siguiente dibujo muestra un transformador sencillo y uno simétrico:

A la izquierda, símbolo de transformador con secundario sencillo A la derecha, con secundario simétrico de 12 + 12

NÚCLEO

Los bobinados del transformador suelen ir montados sobre una estructura de metal que permite que el fenómeno de inducción electromagnética ocurra de la forma mas eficiente posible y con las menores pérdidas posibles. Para hacer el núcleo se utilizan distintos materiales, a menudo aleaciones. Entre los más usados: Hierro, acero-silicio y ferrita (a veces denominada por un nombre comercial: ferroxcube). En ocasiones, el núcleo es de una sola pieza, en otras está hecho apilando chapas metálicas (ver dibujo bajo estas líneas).

También hay transformadores sin núcleo metálico, o sea, con núcleo de aire.

Chapas metálicas para formar el núcleo de un transformador. Por simplicidad, el dibujo muestra el bobinado directamente sobre el núcleo. En la práctica se interpone entre núcleo y bobina un material a modo de carrete hecho en cartón o plástico.

3. Cómo funciona

En el dibujo sobre estas líneas vemos un transformador representado por dos bobinas, a la izquierda el primario, a la derecha el secundario. Vemos que el primario está diseñado para 240 voltios, y el secundario es de 12 voltios. Si aplicamos una tensión alterna de 240 voltios al primario, aparecerá de forma inmediata una tensión de 12 voltios (también alterna) en el secundario.

Es decir, hemos reducido la tensión de 240V en un factor de aprox. 20 puesto que 240 dividido entre 20 da un valor de 12. Por cierto, en este caso diríamos que este transformador tiene una relación de transformación de 20.

Hay un paralelismo entre la mecánica y la electricidad en el caso de los transformadores. Por ejemplo, en mecánica, de un par de engranajes también se habla de "relación de transmisión". Y sabemos que dos engranajes pueden disponerse de modo que el segundo engranaje gire mas despacio que el primero (pero lo hará con mas par, mas fuerza) esto sería una desmultiplicación y esto se consigue haciendo el segundo engranaje con más diámetro que el primero.

También podemos hacer lo contrario: El segundo engranaje con menos diámetro que el primero. Girará más deprisa... pero con menos par. Esto sería una "multiplicación".

Claramente se ve que el producto "par" x "velocidad" en ambos engranajes se mantiene constante (obviando las inevitables pérdidas).

Exactamente igual ocurre en los transformadores pero sustituyendo par y velocidad por tensión e intensidad. La potencia tanto en el primario como en el secundario es la misma. Y la potencia es el resultado de multiplicar tensión e intensidad. Siguiendo con nuestro ejemplo de transformador, supongamos que el secundario tiene una intensidad máxima de 1 amperio (este dato lo proporciona el fabricante) y el consumo en un momento dado es precisamente de 1 amperio. Entonces sería muy fácil deducir qué intensidad está circulando en el primario: Dividimos ese amperio por la relación de transformación que en este caso es de 20

1 Amperio dividido entre 20 = 0,050 A = 50 mA

Si multiplicamos tensión e intensidad en cada bobinado veremos la potencia en cada uno, y tiene que ser la misma. 

Potencia primario = 240V x 0,050A = 12W
Potencia secundario = 12V x 1A = 12W

Por supuesto, la realidad difiere ligeramente de éstos cálculos debido a las pérdidas que siempre existen en cualquier tipo de máquina, y los transformadores no escapan a esta norma.

Otro punto importante a destacar es que los transformadores son dispositivos reversibles. Lo veremos mejor con el transformador de nuestro ejemplo. En lugar de aplicar 240V al primario para obtener 12V en el secundario, podemos aplicar 12V al secundario y tendríamos 240V en el primario. En cuanto a la intensidad, haría falta 1A en el secundario para obtener "sólo" 50mA en el primario. Aquí habría que invertir el nombre de los bobinados (el secundario pasaría a llamarse primario y viceversa) ya que dicho nombre no es intrínseco: Se entiende por primario a aquél bobinado al que se le aplica tensión, y por secundario el bobinado de salida, aquél que recibe la tensión.

Durante su funcionamiento es normal que un transformador se caliente, sobretodo si se le está pidiendo una potencia cercana a su máxima nominal. Si la corriente excede el máximo durante un tiempo significativo, el transformador se romperá. Algunos transformadores voluminosos y caros tienen una protección basada en un fusible térmico para evitar que puedan llegar a generar fuego. Lamentablemente, ese fusible no es accesible y el transformador debe desecharse.

Un transformador con los tornillos de fijación mal apretados puede ocasionar problemas de vibración (a veces perfectamente audible) en los equipos.



4. Tipos de transformadores

Hay bastantes tipos, no sólo por la forma en que son fabricados, sino también por la forma en que son utilizados.


DE ALIMENTACIÓN (Elevador o reductor)

Es el tipo más común y el que con más frecuencia nos vamos a encontrar, al menos a nivel de aficionado a la electrónica. Casi todos los equipos incluyen al menos uno formando parte de la fuente de alimentación. El primario se conecta a la red de 220 ó 125V según el caso. En los casos más sencillos hay un sólo secundario aunque lo habitual es que tengan dos, tres y a veces más, especialmente cuando se trata de fuentes conmutadas.

El transformador de la izquierda tiene rotulado el valor  "4 amps": Es la intensidad máxima del secundario. El Transformador de la derecha, más pequeño, es para 0,4 amps

En la foto. a la izquierda, un transformador de alimentación con primario para 127 y 220 voltios. Secundario de 15 voltios. A la derecha, otro transformador, también con primario de 127/220 Voltios, pero el secundario es simétrico: Podemos usar el terminal "0" y un "18" y tendremos 18V, o podemos usar los dos terminales "18" y dejar al aire el "0" y tendremos 36 voltios.






Otro uso que se le puede dar a un transformador con secundario simétrico es hacer con él una fuente de alimentación... simétrica. Estas fuentes entregan a la salida dos tensiones (además de una tensión "cero" o "masa"): Una tensión positiva de "x" voltios respecto a esa masa, y una tensión negativa de "x" voltios respecto de esa misma masa. Hay muchos circuitos que necesitan una alimentación simétrica de este tipo. Lo veremos mejor con el esquema siguiente, una fuente que entrega un +12, un -12 y un cero.

Fuente de alimentación simétrica +12V -12V usando un transformador simétrico de 12+12V,  y dos reguladores: Uno positivo (7812) y uno negativo (7912)

TRIFÁSICOS

Este tipo de transformadores son utilizados para distribuir la energía eléctrica de la red, desde las centrales eléctricas hasta los puntos de consumo. Elevan la tensión a valores bastante altos, en las grandes líneas, centenares de miles de voltios. Con esto se minimizan las pérdidas de electricidad por efecto Joule. Como aficionados a la electrónica es improbable que nos las veamos con uno de estos, pero bien está saber que existen.

Por supuesto, también hay transformadores trifásicos reductores para bajar la tensión a niveles utilizables por los consumidores: Industria, comercios, alumbrado público, viviendas...

Tanto el primario como el secundario están formados por tres bobinas, pues como su nombre indica, la corriente trifásica tiene tres fases. Los hay para potencias muy variables, los más grandes pueden llegar a pesar cientos de toneladas.

Transformador trifásico de elevada potencia

ADAPTADOR DE IMPEDANCIA

Hay veces en que hay que conectar entre sí dos circuitos (o dispositivos) que tienen un régimen de funcionamiento muy distinto en cuanto a manejo de tensiones e intensidad. Para esto se utiliza un transformador de impedancia.

Un ejemplo bastante claro lo tenemos en la radio galena, la radio sin pilas, a la cual le dediqué un vídeo. Allí vimos un problema a la hora de conectar el sencillo circuito de la radio a los auriculares. Mientras que esta radio ofrece una impedancia mas bien elevada, los auriculares tienen una impedancia muy baja, unos ocho ohmios. Esto hace que la transferencia de corriente desde la radio a los auriculares sea muy deficiente, y los auriculares no funcionan (no se oye la radio).

Una solución puede ser utilizar auriculares de alta impedancia, pero ya hace mucho tiempo que no se fabrican y es harto difícil encontrar unos... y a saber a qué precio.

...Así que lo más efectivo y barato es utilizar un transformador de impedancia, en este caso consiste en un simple transformador de 220V/6V

El primario de 220V se conecta a la salida de la radio. Los milivoltios o microvoltios que entrega la radio serán disminuidos aún más por el transformador... pero a costa de elevar proporcionalmente la intensidad, pues intensidad (mejor que voltaje) es lo que necesita un auricular moderno de 8 Ohms.

El vídeo de la radio galena es el siguiente. En el minuto (5:25) de ese vídeo se habla sobre el asunto de la adaptación de impedancias.

TOROIDALES

Este tipo de transformador se caracteriza por tener muy pocas pérdidas por fenómenos indeseables, como son las corrientes de Focault. Otra ventaja es que interactúan menos con componentes próximos debido a que el flujo magnético está confinado en el núcleo. 

Tanto el primario como el secundario se bobinan sobre un núcleo de ferrita y con forma de anillo (toro, de ahí el nombre de este transformador).

Transformador toroidal

DE LÍNEAS (FLYBACK)

Utilizados en TV y monitores de TRC, en claro declive pero aún siguen usándose. Este transformador es muy fácil de reconocer por su peculiar forma. 

Siempre tienen múltiples devanados, y no es raro encontrarlos con hasta siete bobinas. Su número de terminales o patillas también es elevado: Del orden de 10 terminales incluyendo el cable con la ventosa para la MAT (Muy Alta Tensión) que se conecta al TRC y proporciona la tensión anódica de más de 25.000 voltios para que el TRC acelere los electrones hasta una velocidad suficiente.

Este transformador es el centro neurálgico de los TV de TRC, pues entre sus numerosos cometidos están los siguientes:

- Produce la señal que hace funcionar a las bobinas deflectoras horizontales
- También genera la tensión de foco para el TRC 
- La tensión G2, 
- La tensión de MAT para el TRC
- La tensión de filamento, de unos pocos voltios, para el TRC


- Genera la tensión de error del CAG (Control Automático de Ganancia)

- Produce tensiones auxiliares para otros circuitos: Sintonizador, vertical...

Acerca de obtener información de estos transformadores, hay una página web interesante que nos puede ayudar:

Enlace a la página HrDiemen.com


Portal de Hr Diemen:

Aquí podemos usar su buscador para ver un transformador de líneas determinado. Podemos buscar por la referencia del transformador, por el código de HR y también por marca y modelo de TV. Una vez encontrado, esta página nos proporciona esta información:

- Foto del transformador
- Conexionado para usar el comprobador de flyback. Hay infinidad de modelos de blyback, y cada uno tiene un número de terminales distinto, además de que esos terminales tienen una disposición también distinta y se conectan de forma distinta. Esta información es muy útil.
- Qué otros modelos de TV usan ese mismo modelo de transformador.
- Esquema interno de los devanados del transformador y mapa de terminales.

Página de HR Diemen mostrando la información de un modelo de flyback:

En la parte superior izquierda de la pantalla anterior hay un enlace que dice "view schema" (ver esquema). Si pinchamos el enlace nos saldrá el esquema interno del transformador incluyendo la identificación de cada terminal y un croquis de la disposición de los terminales. Todo un detalle...

Esquema interno de los bobinados con detalle de los terminales.

Hay en el mercado comprobadores especiales para este tipo de transformadores. Una vez desmontado el transformador, se conecta al comprobador mediante varios cables con pinzas de cocodrilo y se hace la medición. El display del comprobador no sólo dice si está bien o mal, sino que también dice que tipo de falla tiene en caso de estar mal.

Comprobador de transformadores de líneas

DE AISLAMIENTO

La finalidad de un transformador de aislamiento es proporcionar seguridad a personas y equipos. Sabemos que no hay contacto eléctrico entre el primario y el secundario. Dentro de un transformador la electricidad se transfiere "a distancia" gracias a la inducción electromagnética. Así, podemos separar eléctricamente a un equipo de la red.

Según hemos visto ya, no hay contacto eléctrico entre primario y secundario



En un transformador de aislamiento se aprovecha esta característica para aislar a los equipos de la red. Y no se desea cambiar el voltaje, sólo se busca la cualidad de aislar. Esta es la razón de porqué estos transformadores tienen una relación de transformación 1:1, es decir, el voltaje se mantiene igual a la entrada y a la salida. Como vemos, un transformador no sólo sirve para aumentar o reducir un voltaje. También brinda seguridad.

No me estoy refiriendo a los transformadores que los equipos llevan en su interior, pues aunque también aíslan, el primario de esos transformadores está directamente conectado a la red. Me refiero a transformadores externos al equipo, de modo que el equipo no se enchufa directamente a la red sino a través de ese transformador.

Izquierda: Equipo conectado directamente a la red (no aislado) Derecha: Equipo conectado a la red a través de un Transf. de aislamiento

Se suelen utilizar en entornos como equipos médicos, laboratorios, ordenadores y también es buena idea, si eres electrónico, instalar uno en el banco de trabajo para reparar equipos o en general manipular la electricidad con mayor seguridad. Es importante destacar que la protección es con respecto a tierra, pero si se tocan los dos polos de salida de un transformador de aislamiento a 220V se sufrirá una descarga tan peligrosa como corresponde a 220V.

Un transformador de aislamiento también protege a los equipos de señales indeseables e interferencias.

A veces no es fácil conseguir uno de estos transformadores. Si queremos proteger un equipo o dotar a nuestro banco de trabajo de uno de éstos, podemos usar un recurso para hacernos uno y, con un poco de suerte, nos puede salir casi gratis:

Se trata de algo tan sencillo como conectar a la red un transformador de 220V/125V. Después conectaremos el secundario de este transformador al secundario de otro transformador igual. A la salida de ese segundo transformador tendremos una tensión de 220V/125V ya completamente separada de la red. 

Hay que tener en cuenta la potencia de los transformadores, pues no deberíamos conectar nada que tenga una potencia mayor que la ofrecida por los transformadores. Aún así, unos 100-200W está bien (a más potencia, transformadores mas grandes y más caros). Con esta potencia podemos conectar muchos tipos de equipos como monitores, TV, ordenadores, audio, etc. Lo de que "puede salir casi gratis" es en el caso de reciclar dos transformadores de dos equipos, pero -recuerda- ambos transformadores deben ser iguales.

Transformador de aislamiento casero partiendo de dos transformadores iguales. Hay que tener en cuenta la potencia de estos transformadores y no conectar cargas que superen esa potencia. En el dibujo es de aprox. 250W, lo que da para conectar muchos tipos de equipamiento.

AUTOTRANSFORMADOR

El autotransformador tiene un sólo bobinado realizado sobre un núcleo de material ferromagnético. En ese bobinado, en serie, están el primario y el secundario. Pueden ser tanto elevadores como reductores de tensión pero tienen una limitación: No pueden tener una relación de transformación superior a 3. A continuación, un esquema de autotransformador:

Entre sus ventajas están:

-Comparado con un transformador convencional, a igual voltaje y potencia requiere menos peso, menos cobre, en definitiva, menos material

- Tiene una gran eficiencia. A esto ayuda el hecho de que la transferencia de corriente primario-secundario ocurre no sólo por inducción, como en un transformador normal, sino también por conducción directa ya que primario y secundario están en serie.

Y entre sus desventajas:

- El secundario no está aislado del primario. Esto ocasiona un problema de seguridad suficientemente serio como para desaconsejar su uso en algunas aplicaciones. En muchos países esto está regulado con leyes que restringen su uso en algunas aplicaciones para evitar riesgos.

- En caso de fallo, por ejemplo que se corte una espira, puede aparecer toda la tensión en el secundario, lo que supone un riesgo para las personas y los equipos que alimente ese autotransformador.

- No filtra componentes indeseables tales como los armónicos

Los autotransformadores son muy utilizados en las centrales eléctricas y en las líneas de transmisión de electricidad. La "bobina" que genera la alta tensión para las bujías en coches y motos en realidad es un autotransformador.

Este conocido transformador es un autotransformador Convierte 220V en 125V y viceversa

5. Parámetros de un transformador

Todos los componentes electrónicos tienen unas características o valores que los definen. Los transformadores también. Son los siguientes:


- Tensión primario: La tensión que se conecta al bobinado primario. No hay problema en usar una tensión menor, pero no debemos usar una mayor por riesgo de romper el primario o lo que es peor: Obtener en el secundario una tensión excesiva que pueda romper el circuito al que alimenta dicho transformador. Esta tensión suele ir marcada en el mismo transformador por el mismo fabricante con lo cual los terminales del primario estarán identificados.


- Tensión secundario: La tensión que se obtiene en el secundario cuando conectamos al primario la tensión correspondiente. También suele venir marcada por el fabricante.


- Relación de transformación: Es un parámetro importante sobretodo si nuestra tarea es diseñar circuitos (parámetro de escaso interés a la hora de reparar). Este dato no viene marcado ni lo facilita el fabricante pero es fácilmente deducible conociendo las tensiones de primario y secundario. La relación de transformación es el cociente resultado de dividir la tensión del primario entre la tensión del secundario.

La relación de transformación viene determinada por el número de espiras de los bobinados primario y secundario. A mayor número de espiras, mayor tensión y proporcionalmente menor intensidad.

En cada bobinado, el número de vueltas (espiras), la tensión y la intensidad están directamente relacionados según esta expresión:

Ejemplo:

El típico transformador de un inversor:
Tensión primario: 12V
Tensión secundario: 220V
Relación de transformación (RT): 220V / 12V = 18,51
Se trata de un transformador elevador.
Mejor, expresado de esta manera:  RT = 1:18,51
La tensión en el secundario es elevada en un factor de 18,51
Por cada voltio en el primario, obtenemos 18,51 en el secundario
La intensidad en el secundario será 18,51 menor que en el primario


Potencia: El fabricante rotula en el mismo transformador la intensidad máxima que puede exigirse al secundario. La intensidad no es una unidad de potencia pero nos permite saber a qué atenernos y en cualquier caso podemos saber la potencia: Multiplicaremos la tensión del secundario (voltios) por la corriente máxima especificada por el fabricante (amperios). Ejemplo: Tensión secundario: 24V, corriente máxima: 4A. La potencia máxima que puede entregarnos este tranformador será:

P = V x I = 24V x 4A = 96W

Donde:
P = Potencia en watios
V = Voltaje del secundario, en voltios
I = Intensidad del secundario, en amperios 

Si estamos reparando un equipo y tenemos que sustituir un transformador, debemos usar uno exactamente del mismo tipo.

Si por el contrario estamos creando o diseñando un circuito debemos tener en cuenta dos consideraciones a la hora de elegir el transformador adecuado:

1) Elegir bien la intensidad máxima del transformador. Hay que tener en cuenta que a más intensidad, el transformador será más grande, pesado y caro. Aún así en ocasiones viene bien sobredimensionar un poco el transformador, especialmente si se busca una gran fiabilidad. Como orientación diré que si el circuito va a consumir, digamos, un máximo de 1,5A, lo ideal sería poner el transformador de 2A. Es claramente un compromiso fiabilidad/tamaño/precio.

2) La tensión del secundario, en caso de ser rectificada y filtrada con una fuente, subirá en un factor de "raíz de dos": aproximadamente 1,41. Por ejemplo, una tensión (alterna) de 12V suministrada por el secundario subirá a unos 17V después de rectificada. Pero esto es con la fuente en vacío (sin conectarle nada). Cuando conectemos una carga a la fuente y ésta tenga que satisfacer un consumo, la tensión caerá tanto más cuanto mayor sea ese consumo descendiendo hasta ese valor de 12V. Esto no va a ocurrir si usamos una fuente estabilizada o simplemente un regulador de tensión de la familia 78XX, en este caso la tensión será estable y constante.



6. Símbolos utilizados en los esquemas

En la siguiente tabla, los símbolos utilizados para los transformadores

7. Dos ejemplos prácticos de utilización de transformadores

- Alimentación

En el vídeo, en 30:01, vemos una de las aplicaciones que con más frecuencia nos vamos a encontrar: Un transformador formando parte de una fuente. Bajo estas líneas, una fuente de alimentación moderna (de las llamadas "conmutadas") que tienen muchas ventajas frente a las clásicas. El transformador aparece en primer plano.

Ahora, vamos a hacer un sencillo montaje para hacer trabajar a un transformador: Haremos lucir un par de diodos LED de alto brillo (conectados en serie) partiendo de la tensión de red que es de 220V alterna.

Sin embargo, los LED funcionan con sólo 3V... y además de corriente continua.

Vamos a usar un transformador 220V / 6V para bajar los 220V hasta los 6 que necesitamos. Cada diodo necesita 3 volts, como son dos diodos conectados en serie, la tensión deberá ser la suma de ellos: 6V.

No importa cómo conectemos cada par de cables tanto al primario como al secundario del transformador: Recordad que estamos con corriente alterna y por tanto, no hay polaridad.

Después, a la salida del transformador, vamos a conectar un puente de diodos para convertir la corriente alterna que entrega el transformador en corriente continua que es la que necesitan los diodos. Finalmente pondremos un condensador para filtrar la componente de alterna residual.

El esquema es así:

- Adaptación de impedancia

En ocasiones hay que conectar dos circuitos o dispositivos que tienen un régimen de funcionamiento muy distinto en cuanto a voltaje y/o intensidad.

Un ejemplo lo tenemos en la radio sin pilas, la radio galena.

El sencillo circuito, con tan sólo tres componentes, funciona con tensiones muy reducidas (las que la emisora captada induce en la antena de nuestra radio), pero las intensidades son aún mas reducidas, realmente minúsculas.

Esta radio deberá excitar unos auriculares para que podamos usarla. El problema es que los auriculares necesitan una intensidad bastante mas elevada que la que puede proporcionar el circuito de la radio.

La solución: Usar un transformador de impedancia.

Se usa un transformador de 220V / 6V. El primario de 220V se conecta a la salida de la radio. Esto no quiere decir que en la radio hayan 220V ni mucho menos. Sencillamente la tensión que la radio aplica al transformador se reducirá en un factor de 40, lo cual quiere decir que la intensidad, como contrapartida, será 40 veces mayor. Esto nos evita buscar aquéllos auriculares antiguos de alta impedancia que ya no se fabrican y son objetos de coleccionista. Por los 3 euros que cuesta un pequeño transformador solucionamos el problema.

Esquema de la radio sin pilas (radio galena). T1 es el transformador de impedancia.

8. Cómo comprobar un transformador

La verdad, este apartado puede ser tan extenso que daría él sólo para un tutorial de media hora y aún me quedaría corto...

Vamos a sintetizar para ver lo mas común, lo más frecuente.

En las distintas familias de componentes estamos acostumbrados a ver que hay componentes que son propensos a fallar, a destruirse con el uso, por ejemplo: Semiconductores y condensadores electrolíticos, y hay otros que parecen no romperse nunca, como bobinas, condensadores cerámicos...

Los transformadores ocupan un lugar intermedio. No suelen romperse con facilidad, y en algunas aplicaciones trabajan en un régimen tan poco exigente que no se rompen nunca. En otras aplicaciones sí que nos encontraremos de vez en cuando con algún transformador roto: Fuentes de alimentación especialmente las lineales (antiguas o clásicas), inversores en TV y monitores, transformadores de líneas en TV de TRC, transformadores de alta tensión de hornos microondas.. todos estos son transformadores que trabajan con bastante demanda y pueden averiarse, no con mucha frecuencia, pero tampoco es raro.

La mejor forma (en teoría) de comprobar un transformador es medir si le llega la tensión al primario y medir si está presente la tensión esperada en el secundario. Sin embargo a veces esto no es posible o no es fácil por una o más de las razones siguientes:

- No hay acceso para las puntas de prueba del polímetro
- En transformadores de alta tensión (microondas, flyback de TRC) no es prudente medir tensiones a no ser que uno sea personal especializado.
- El transformador no especifica cuales son sus terminales
- El transformador tiene múltiples devanados y no se sabe cuál es cuál.
- El circuito es crítico y poner las puntas de prueba altera el funcionamiento.

Así que en ocasiones no queda otra que optar por una de estas dos:

1. Sustituir el transformador. Método que no falla, pero a veces es engorroso y es necesario disponer del recambio.

2. Desconectar el transformador del equipo y hacer las pruebas en frío, es decir, medir resistencias en lugar de tensiones. También está el recurso de probar el transformador con una tensión mucho mas baja (mas segura) que la nominal, especialmente útil para los de alta tensión.

Sobre la primera opción anterior, nada que añadir, veamos la segunda:

Un transformador puede presentar dos anomalías: 

- Devanado interrumpido, abierto, cortado
- Devanado en cortocircuito


DEVANADO INTERRUMPIDO

Como consecuencia de un golpe, calentamiento, exceso de corriente, etc, el hilo de cobre que forma un devanado puede verse roto, interrumpido, con lo cual la corriente no circula y el transformador no funciona. Normalmente se rompen los devanados de hilo mas fino, por lo tanto, en los transformadores reductores el primario es mayor candidato, mientras que en los elevadores lo será el secundario.

Forma de comprobar si un devanado está cortado: Nos aseguramos que el transformador está sin tensión. Desoldamos al menos uno de los cables. Ponemos el polímetro en la escala de resistencia (Ohmios) y aplicamos las puntas de prueba a un devanado. Debemos obtener un valor desde cercano a cero a varios cientos de ohmios. Dependerá de la sección del hilo y su longitud (número de espiras). Si obtenemos un valor "infinito", el bobinado está cortado.

A veces hay suerte y la interrupción no es interna sino que está en el mismo terminal o patilla de conexión del transformador, de forma visible. En este caso se puede intentar reparar uniendo con una simple soldadura.


DEVANADO EN CORTOCIRCUITO

El hilo de cobre que forma los devanados tiene un recubrimiento, un esmalte, que impide que pase corriente entre las espiras aunque éstas hagan contacto físico entre sí. Cuando ese esmalte se desprende y dos o más espiras hacen contacto eléctrico, se dice que el transformador está "en corto" o comunicado.

Las razones por las que esto puede ocurrir son las mismas que en la avería por interrupción: Golpes, calentamiento, vibraciones, o simple envejecimiento.

El resultado de esta anomalía es muy aleatorio. Dependerá en gran medida de las espiras afectadas. No es lo mismo que se trate de dos espiras adyacentes (que el efecto será mínimo o incluso nulo) a que se comuniquen dos espiras muy alejadas, lo que provocará un funcionamiento deficiente o un fallo total.

Detectar esta avería ya no es tan fácil, no se puede usar un óhmetro, pues la variación de resistencia por el cruce de espiras puede ser del orden de tan sólo unas décimas de ohmio.

La mejor manera de comprobar que un transformador funciona y no tiene devanados en cortocircuito es haciéndolo funcionar: Conectar la tensión de entrada al primario y medir la tensión generada en el secundario.

En el caso de transformadores que funcionan con alta tensión esto no es recomendable por la alta peligrosidad de la operación, es el caso de los transformadores de los hornos microondas: Al primario se le conectan 220V y en el secundario hay casi TRES MIL voltios. Hay un truco para esto: Si en vez de conectar 220V al primario le conectamos 12V, en el secundario habrá unos 130-150V y no tres mil voltios, siendo así mucho más segura la prueba.

De hecho, tengo un vídeo dedicado a esto donde se ve que este artificio funciona perfectamente. La reducción de voltaje en el secundario es lógica: El transformador cumple con su "relación de transformación": Si aplicamos al primario una tensión de 12V, que es 18.3 veces más baja que la nominal (220V), en el secundario tendremos también una tensión 18.3 veces más baja (136V) en lugar de casi 3000V.

A partir del minuto 6:47 del siguiente vídeo podéis ver este truco en acción.

Otro tipo de transformador que no es nada fácil comprobar es el usado en TV de tubo de rayos catódicos (TRC), conocido como transformador de líneas o flyback. Si hay avería en el circuito de ese transformador (etapa de línea) y están descartadas otras causas, normalmente se sustituye el flyback sin más. 

También diré que hay instrumentación específica para medir o comprobar este tipo de transformadores. Se conectan los terminales del transformador a ese instrumento mediante cables con pinzas y en un instante se comprueba. Aquí tenéis un ejemplar de esos instrumentos:

Comprobador de flyback (transformador de líneas)

9. RINCÓN DE LA TEORÍA. La inducción electromagnética

Definición

La inducción electromagnética es un fenómeno físico por el cual un campo magnético variable puede producir (inducir) una diferencia de potencial (voltaje) en un objeto que esté bajo la influencia de dicho campo magnético. Si ese objeto al que nos referimos es conductor de la electricidad, la tensión inducida generará también una corriente eléctrica inducida.

Sobre la definición anterior, comentar dos detalles:

1) Cuando se dice "campo magnético variable" quiere decir que ese campo puede ser realmente variable... o puede ser fijo y lo variable consiste en que el imán se desplaza en la cercanía de ese objeto.

2) Lo inverso también produce inducción: El imán permanece estático y lo que se mueve es el objeto que está en las proximidades del imán.


Descubrimiento

Los físicos de principio del siglo diecinueve sabían que la corriente eléctrica interactuaba con los imanes. Es un clásico el experimento del físico Hans Christian Oersted que demostró que una corriente eléctrica puede actuar sobre un imán. El experimento consiste en poner juntos un conductor eléctrico y un imán dispuesto de modo que pueda girar libremente (brújula) y hacer pasar una corriente eléctrica por ese conductor. Inmediatamente el imán gira a causa del campo magnético generado por la corriente. En el vídeo, en 39:50, se hace este experimento.

Montaje para realizar el experimento de Oersted en el cual se demuestra que una corriente eléctrica genera un campo magnético, fácilmente detectable.

Aquéllos físicos, enseguida, se hicieron la pregunta: ¿Será factible hacer al revés? Es decir, utilizar imanes... para producir electricidad. Esta posibilidad era muy atractiva y cautivó a muchos físicos de la época.

...Y se pusieron manos a la obra. Uno de los primeros fue Michel Faraday, de hecho, a él se le atribuye el descubrimiento de la inducción electromagnética, experimento que en el vídeo se muestra en 41:49. Se trata de mover un imán en las inmediaciones de un conductor (mejor una bobina) y con un polímetro detectar cualquier tensión o corriente en la bobina. En el experimento se comprueba que el campo magnético ha de ser cambiante, de lo contrario no se induce ninguna tensión por muy potente que sea el imán o por muy cerca de la bobina que lo mantengamos.

También se comprobó que el campo magnético de un imán podía ser sustituido por el campo magnético generado por una corriente. Es decir, una bobina induce a otra bobina. Esto, de hecho, constituye la invención del transformador. También en el vídeo en 44:33 se hace este experimento con dos bobinas. Vemos que con corriente continua, la inducción no se produce salvo en dos breves instantes: El instante de la conexión y el instante de la desconexión.


Leyes de Faraday y Lenz

Estas dos leyes rigen el fenómeno de inducción electromagnética. La de Faraday nos dice cuánta corriente se crea. La de Lenz nos dice cómo.

Ley de Faraday: La tensión inducida en un objeto es directamente proporcional a la velocidad de cambio del flujo magnético que incide sobre ese objeto. Es decir, cuánto más rápido se mueva el imán (o la bobina) más tensión se induce. Cuanto más rápido gira un generador, más tensión (y corriente) produce.

Ley de Lenz: El sentido de la corriente inducida es tal que, mediante sus acciones electromagnéticas tiende a oponerse a la causa que lo produce. Expresado de otra manera: El campo magnético generado por la corriente inducida tiene tal polaridad que rechaza al imán (si éste se acerca a la bobina), o lo atrae (si éste se aleja de la bobina)

O dicho de forma más sencilla: El imán usado para inducir la corriente se verá frenado cuando aprovechemos esa corriente inducida. Esto es fácil comprobarlo: Si hacemos girar un generador se va a crear una tensión, pero si dejamos sus polos al aire sin conectar carga alguna, no hay corriente. Costará poco trabajo mover el generador.

Pero si conectamos una carga al generador para que esa tensión cree a su vez una corriente, veremos que el generador se vuelve "más duro" de mover. Y cuánto más consumo, más cuesta moverlo. Esto pasa con todos los generadores, desde la modesta dinamo de bicicleta, pasando por un alternador de coche, hasta el más potente generador de una central eléctrica. 

La ley de Lenz podemos comprobarla en un vehículo: Coche parado, motor al ralentí. Escuchamos el sonido del motor y vemos el indicador de RPM del motor. Ahora ponemos en marcha dos o tres cosas del coche que consuman electricidad (a ser posible que no hagan ruido, como luces de carretera, luneta térmica y encendedor). Nuestro oído notará que a cada dispositivo que encendemos el motor lo acusa con un ligero descenso en la velocidad de ralentí. También se nota en el indicador de RPM del motor. La causa: La ley de Lenz: Cuanto más consumo eléctrico, más cuesta mover el alternador, y el alternador lo mueve... el motor. Si no compensamos dando una pizca más de gas, el motor baja de RPM. Cuando apagamos los dispositivos eléctricos, el motor vuelve a experimentar una ligera subida de vueltas, ya liberado del freno que suponía el alternador.

El descubrimiento de la inducción electromagnética abrió muchas puertas no sólo a la ciencia sino también al público en general: La humanidad no tardaría mucho en beneficiarse de la inducción, que permitiría crear grandes cantidades de electricidad con los generadores. Hasta ese momento, la forma de producir electricidad era mediante la pila Volta cuyas prestaciones eran bastante limitadas.





Aplicaciones de la inducción electromagnética

Actualmente, el fenómeno de inducción es aprovechado en numerosas aplicaciones, y es difícil imaginar una sociedad tecnológica sin la inducción. 

Entre las principales aplicaciones:



- Transformadores: Poco que decir ya que este tutorial está dedicado a ellos.



- Electroimanes: Constan de una bobina y en su interior una barra de material ferromagnético. Cuando se aplica corriente a la bobina la barra es atraída, lo que hace que se desplace. Cuando cesa la corriente a la bobina, un resorte vuelve a poner la barra en posición de reposo. La finalidad del electroimán es realizar una acción mecánica a partir de una acción eléctrica.

Un electroimán. La bobina está bajo la cubierta negra de cinta aislante con los dos bornes a la vista Más arriba, el eje móvil y el muelle recuperador. Funciona a 12V y tiene fuerza para levantar más de 300 grs.

- Generadores: Usando la inducción como principio de funcionamiento es posible generar cantidades industriales de electricidad. Se basan en una parte fija (estátor) y una parte móvil (rotor). Cuando el rotor gira, se cortan campos de fuerza y una corriente eléctrica es generada. Los hay de muchos tipos. Unos obtienen la corriente en el rotor, en un sistema de anillos y escobillas rozantes, otros la obtienen en el estátor. Unos usan imanes permanentes, otros utilizan electroimanes. La mayoría son rotatorios, pero también los hay lineales. Los hay que generan corriente alterna (alternadores) y los hay que generan corriente continua (dinamos).

Este generador, alternador de coche, de un diámetro poco mayor que un CD, es capaz de generar 13.8 voltios a más de 120 amperios (1.6 Kw), el equivalente a la mitad del consumo de un hogar medio

- Motores: Hacen el trabajo inverso de los generadores: Convierten la energía eléctrica en una acción mecánica. También los hay de muchos tipos.

Motor eléctrico de 12V. Es reversible: Si se mueve su rotor, genera electricidad.

- El tren de levitación magnética o Maglev: Se usan campos magnéticos para mantener el tren por encima de la vía. No hay ruedas, no hay contacto físico entre el tren y la vía, por lo tanto no hay rozamiento de rodadura, sólo el del aire. La propulsión también es realizada mediante campos magnéticos entre vía y tren. Este tipo de tren es muy silencioso y alcanza altas velocidades (más de 500 Km/h) aunque alguna desventaja debía tener: Tiene un costo muy elevado tanto en infraestructuras como en consumo.

El tren Maglev (Vídeo)


- Cocinas de inducción: Rápidas, seguras, cómodas, limpias y bastante eficientes. Utilizan el fenómeno de inducción para calentar directamente los recipientes.



- Radiodifusión y radio-control: En las antenas de las emisoras se hace circular una corriente eléctrica. En la distancia, en las antenas de los receptores se inducen unas débiles corrientes que, tras ser amplificadas y mas o menos procesadas se envían al dispositivo pertinente: Tubos de imagen TRC o LCD, altavoces, auriculares, instrumentos, indicadores, servos...



10. El Vídeo

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"Cerca" y "lejos" en astronomía

January 26, 2015, 4:00 pm

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Hoy, bueno... son ya las 0:44, así que diré que ayer, día 26 de enero pasó un asteroide bastante cerca de la Tierra. El asteroide, denominado 2004 BL86 tiene un tamaño generoso (unos 500 metros) y pasó a más de un millón de kilómetros de nosotros, 1.200.000 kms para ser exactos. Esto equivale a unas tres veces la distancia de la Tierra a la Luna.

Con semejante distancia, es muy común escuchar frases como: "Pero si va a pasar lejísimos", "Mas de un millón de kilómetros, que burrada", "vaya unos flipaos"...

Pero eso es porque pensamos en términos de distancia.


Si pensáramos en términos de tiempo, quizás lo viéramos de otra manera

La Tierra, en su movimiento de traslación y acompañando al Sol se desplaza (con respecto a otras estrellas) a una velocidad de unos 29,5 kms/segundo. Una velocidad bastante vulgar y normal en el Universo.

¿Cuánto tiempo tardaría la Tierra en recorrer esos 1.200.000 kms que nos separaban del asteroide?

Pues... 1.200.000 kms / 29.5 Kms/seg = 40.678 segundos, lo que viene a ser poco más de unas once horas.

Así que, si en lugar de decir "Ha pasado un asteroide a 1,200,000 de kilómetros de nosotros", decimos: "No hemos coincidido con el asteroide por cuestión de once horas", ya no es lo mismo y puede que hasta la expresión de nuestra cara cambie...

Tutorial Electrónica Básica. 14. Cristales de cuarzo

January 28, 2015, 4:47 am

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ÍNDICE
¿Qué es un cristal de cuarzo?
El fenómeno piezoeléctrico
Resonancia
Fabricación
Cristal, resonador, oscilador... ¿Diferencias?
Encapsulados más comunes
Parámetros de un cristal de cuarzo
Símbolos utilizados en los esquemas
¿Se fabrican cuarzos para todas las frecuencias?
Usos y aplicaciones de los cristales de cuarzo
Ejemplo de utilización: Diapasón electrónico, nota musical "La 440 Hz"
Cómo comprobar un cristal de cuarzo
Comprobador casero de cristales de cuarzo
Otros usos de la piezoelectricidad
RINCÓN DE LA TEORÍA. El efecto termoiónico o efecto Edison
El vídeo




1. ¿Qué es un cristal de cuarzo?

En electrónica hay un circuito básico conocido como oscilador. La función de un oscilador es bien sencilla: Crear una señal eléctrica que nos recuerda a una corriente alterna. Hay muchos tipos de oscilador, cada uno con un propósito: Los hay para altas, medias y bajas frecuencias; los hay que proporcionan señales eléctricas que pueden tener forma sinoidal, triangular u onda cuadrada. Los hay que pretenden ser muy estables (oscilan a una frecuencia fija determinada), y los hay que no importa que la frecuencia varíe o incluso deben variar.

Se utilizan para muy diversos fines, no importa que se trate de un equipo antiguo o del más moderno dispositivo: El circuito oscilador es una presencia muy frecuente en la mayoría de los equipos electrónicos.

Ejemplos de equipos que llevan uno o más osciladores en sus circuitos:

- mandos a distancia
- un reloj digital
- sintetizadores en instrumentos musicales
- cualquier PC
- cualquier smartphone
- Equipamiento médico
- Comunicaciones

El problema viene a continuación: En muchas ocasiones se espera que un circuito oscilador trabaje a una frecuencia fija, muy estable, por ejemplo, las emisoras de radio y TV. A primeros del siglo pasado, antes de la implantación de los cristales, la estabilidad de frecuencia en las emisoras se confiaba a simples circuitos sintonizados tipo LC (bobina-condensador), poco estables, que son susceptibles a variaciones de varios miles de hertzios (varios Khz). Si tenemos en cuenta que el ancho de banda asignado a cada emisora era precisamente de unos pocos Khz, se entiende que era común que dos emisoras se adentrasen la una en la otra produciéndose interferencias mutuamente.

...Y ni hablar de construir un oscilador para hacer un reloj preciso y exacto, porque en electrónica un reloj es eso: Un oscilador.

Todo esto cambió cuando empezaron a usarse cristales para controlar la frecuencia de un oscilador. Se consiguió una gran precisión, hasta el punto de que un reloj electrónico ordinario se adelantaba (o retrasaba) 1 segundo... en 30 años!. Solamente un reloj atómico es más estable que uno de cuarzo.

Este gran avance se lo debemos a los popularmente conocidos como "cristales de cuarzo", si bien no es el cuarzo el único material con que están fabricados estos cristales.





2. El fenómeno piezoeléctrico

Hay materiales que, cuando se cortan en láminas finas, exhiben un fenómeno conocido como "piezoelectricidad".

Cristales de cuarzo

El más conocido y mencionado de estos materiales es el cuarzo, pero no es el único que manifiesta este fenómeno. Este efecto también se produce en:

Sales de  Rochelle
Turmalina
Topacio
Berlinita





y también se produce en algunos materiales orgánicos.

Si se aplica presión mecánica sobre ellos, generan una tensión eléctrica en ambas caras, positivo y negativo. Esto es explotado desde hace bastante tiempo en el encendedor electrónico que tan familiar nos resulta. Al presionar el accionador, cuando este cede, un cristal de cuarzo recibe un súbito golpe y genera una pequeña carga eléctrica. Mediante un mini autotransformador la tensión se eleva a varios miles de voltios. Aunque esta alta tensión es inofensiva para un humano, pues es de muy poca intensidad, tiene energía suficiente para provocar la ignición del gas.

Colección de encendedores. Algunos son de "piedra", otros son piezoeléctricos

El fenómeno piezoeléctrico es reversible: Si se aplica tensión eléctrica a uno de estos cristales, éste se deformará mecánicamente, y lo hará al "ritmo" de la tensión aplicada. Es decir: Vibra.

Bien pensado, uno de estos cristales, conectado en un punto oportuno en un oscilador, se comportará como un circuito RLC, pero con una gran diferencia a su favor: La gran estabilidad a la frecuencia en que vibra o resuena. La frecuencia de resonancia de un cristal está determinada por la forma en que el cristal es construido: Cuanto más delgada es la lámina, mayor es la frecuencia de resonancia. También influye la orientación del corte para hacer la lámina.

En el dibujo siguiente, el circuito equivalente de un cristal de cuarzo. El condensador "PAR" representa la capacidad propia del cristal cuando no está en resonancia, cosa de esperar, pues un cristal de cuarzo tal y como está construido es básicamente un condensador: Dos conductores separados por un aislante (el cuarzo).

La rama de la izquierda representa al cristal de cuarzo cuando está resonando, un circuito RLC, con una impedancia mucho más baja que en el caso de que no resuene.

Circuito equivalente de un cuarzo

3. Resonancia

Cuando la tensión alterna del oscilador y la generada por el propio cristal tienen la misma frecuencia y además están en fase, se dice que el cristal está en resonancia con su frecuencia fundamental. Pero un cristal también puede resonar a frecuencias mayores, conocidas como "sobretonos". Debido a detalles constructivos del cristal, los sobretonos difieren ligeramente de los armónicos, siendo los armónicos múltiplos exactos de la frecuencia fundamental.




4. Fabricación

Componente electrónico: Cristal de cuarzo

El proceso de fabricación de un cristal de cuarzo comienza con el corte de dicha lámina. El grosor de esta lámina determinará la frecuencia de resonancia fundamental. Como el corte es una operación mecánica que no puede ser tan precisa, lo que se hace a continuación es pulir con gran precisión la lámina de cuarzo hasta dejarla con el grosor adecuado.

El siguiente paso es recubrir ambas caras del cuarzo con una imprimación metálica y formar así ambos electrodos.

Sobre cada una de las imprimaciones se suelda un alambre, que serán los terminales. El punto elegido donde se realiza la soldadura de los terminales al cuarzo no es al azar: Debe ser en un punto en donde el cristal no vibre, de lo contrario los terminales amortiguarían la vibración, de la misma forma que posando la mano sobre un timbre de bicicleta, este apenas suena.

Seguidamente el cristal es encapsulado herméticamente para aislarlo, con la finalidad de protegerlo y de hacerlo menos dependiente de factores externos.

Antes de comercializarse, se le hace funcionar en fábrica por unas horas para que se estabilice.




5. Cristal, resonador, oscilador... ¿Diferencias?

Escuchamos estas tres denominaciones como si fuesen una misma cosa, y aunque hay grandes similitudes, no son lo mismo:

- Cristales y resonadores: Ambos tienen en común el que son componentes que sirven para hacer funcionar a un oscilador a una frecuencia determinada. Pero ninguno de los dos es capaz de crear una oscilación por sí mismo; necesitan formar parte de un oscilador como un componente más, y, mediante una realimentación adecuada, hacen su trabajo (vibrar a una frecuencia dada).


Ambos, cristales y resonadores, tienen dos terminales o patillas.
Esos dos terminales no tienen polaridad, se conectan indistintamente.
El cristal es más preciso (pero más caro) que el resonador.

- Osciladores: Se diferencian de los dos anteriores en que sí son capaces de generar por sí mismos una oscilación a una frecuencia dada, pues no son simples componentes sino verdaderos circuitos. Son aún más exactos que los cristales, aunque también son más difíciles de conseguir. 

En lugar de tener dos pines o terminales tienen cuatro, con esta función:

1. ENABLE (disponible): Si este pin se conecta a la tensión positiva (o se deja al aire sin conectar), el oscilador trabaja, entregando a la salida la señal. Si por el contrario se conecta este pin a masa, el oscilador deja de trabajar. Esto es útil como modo de ahorro de energía.

2. GND (negativo, tierra o masa)

3. OUTPUT (Salida): Por este pin se entrega la oscilación

4. VCC (Alimentación, tensión positiva, entre 3.3 y 5 voltios)

6. Encapsulados más comunes

Estos son los ocho encapsulados que nos vamos a encontrar casi siempre:

Para los resonadores:

Para los cristales:

De izquierda a derecha:

HC-49/SD (Versión SMD)
HC-49/US (Perfil bajo)
HC-49/U (Perfil alto)







Y para los osciladores:

DIL-14 metal
DIL-8 metal
DIL-8 plástico
5x7mm metal (versión SMD)






7. Parámetros de un cristal de cuarzo


La frecuencia fundamental de resonancia es el principal parámetro de un cristal. Viene especificada en el encapsulado.

En el ejemplar mostrado a la izquierda, la frecuencia marcada es de 8.867238 MHz, frecuencia usada en TV de sistema PAL.






8. Símbolos utilizados en los esquemas

En este componente no hay mucha variedad en cuanto a símbolos:

9. ¿Se fabrican cuarzos para todas las frecuencias?

Evidentemente... no

Hay un buen catálogo de frecuencias disponibles, normalizadas, que se adjunta en una lista a continuación. Sin embargo, comercialmente, no es fácil obtener todas las opciones disponibles de esa lista.

Cada uno de esos cristales puede hacerse resonar a una frecuencia distinta a la fundamental (sobretonos). Pero aún así, quedan muchísimas frecuencias sin cubrir. ¿Cómo haremos para conseguir que un oscilador vibre a una frecuencia determinada sin renunciar al uso de cristales a pesar de que no haya cristales para esa frecuencia que necesitamos?

Respuesta: Mediante el uso de divisores y multiplicadores de frecuencia. Son circuitos integrados que se configuran fácilmente para dividir (o multiplicar) la frecuencia fundamental del cristal utilizado y obtener una frecuencia menor (o mayor).

En el punto 11 siguiente de este tutorial veremos un ejemplo teórico y práctico de uso de un divisor de frecuencia para obtener una frecuencia que no está en esa lista.


La lista de las frecuencias disponibles en cristales de cuarzo:

Frecuencia (MHz)        Uso típico

0.032000                   Relojes
0.032768                   Pequeños Microprocesadores
0.038000                   FM
0.077500                   Relojes
0.100000                   Relojes

0.120000                   Instrumentos de medida
0.131072                   Instrumentos de medida
1.000000                   Frecuencia de referencia standard
1.008000                   Reloj comunicaciones serie
1.544000                   Sistemas DS1

1.843200                   Reloj UART
2.048000                   Sistemas E1
2.097152                   Relojes
2.457600                   Reloj UART
2.500000                   Reloj Ethernet 

2.560000
2.880000                   Reloj UART
3.072000                   Para generar señales de 60 Hz (51200 x 60)
3.088000                   Sistemas DS1
3.276800                   Para generar 50 Hz (Inversores)

3.575611                   Subportadora M de color sistema PAL
3.579545                   Subportadora M de color sistema NTSC
3.582056                   Subportadora N de color sistema PAL
3.595295                   Subportadora M de color sistema NTSC
3.640000                   Radio AM. Control remoto IR

3.686400                   W-CDMA. Reloj UART
3.932160                   Inversores. Generador Sync Vert NTSC
4.000000                   Pequeños microcontroladores
4.032000                   Reloj UART. Modems
4.096000                   Sistemas ISDN

4.194304                   Relojes. Usado en Game Boy original
4.332000                   Señal RDS
4.433618                   Para obtener frecuencia 44.1Khz en sampleo CD
4.608000                   Reloj microcontroladores
4.915200                   Sistemas CDMA

5.000000                   Frecuencia standard
5.034963                   NTSC
5.068800                   Reloj UART
5.120000                   
5.185000                   Radio. Microcontroladores

5.529600                   Reloj UART
6.000000                   USB baja velocidad
6.144000                   Sistemas digitales de audio
6.176000                   Sistemas DS1
6.400000                   Frecuencia mitad de la standard 12.8 MHz

6.451200                   Reloj UART
6.553600                   
7.159090                   Subportadora M color sistema NTSC
7.200000                   Reloj UART y reloj DARC
7.372800                   Reloj UART

8.000000                   Sistemas bus CAN
8.184000                   GPS
8.192000                   Sistemas ISDN
8.664000                   Señal RDS
8.867240                   Subportadora BGH color sistema PAL

9.216000                   Reloj UART. DOCSIS
9.545450                   Reloj en µP antiguos
9.600000                   Reloj UART
9.830400                   Sistemas CDMA
10.00000                   µP antiguos. Protocolo Stratum 3 network

10.23000                   GPS
10.24000                   PLL CB radio. Teléfonos inalámbricos
10.24500                   IF Radio
10.41666                   Gigabit Ethernet. Reloj FDDI
11.05920                   µP Intel 8051

11.28960                   CD-DA y CD ROM
11.45454                   TV NTSC, Secam y PAL. Teletexto
11.52000                   Reloj UART
12.00000                   USB 1.0 y 2.0, Intel 8051, Sistemas de bus CAN
12.27272                   Vídeo NTSC

12.28800                   Sistemas de audio digital
12.35200                   Sistemas DS1
12.40625                   Teletexto
12.80000                   Frecuencia standard
12.90240                   Reloj UART

12.96000                   Reloj UART
13.00000                   GSM (móviles)
13.50000                   Reloj DVD y TV digital
13.51680                   Reloj UART
13.56000                   RFID

13.87500                   Teletexto
14.25000                   Radio FM
14.31818                   CGA y VGA 8bit PC, NTSC, Reloj PC motherboard
14.35000                   Camaras CCD NTSC
14.40000                   PDC, GPS

14.74560                   Reloj UART
14.75000                   Vídeo PAL
15.36000                   3G, Bluetooth, reloj UART
16.00000                   Sistemas BUS CAM, USB
16.20000                   MUSE HDTV

16.25700                   Reloj tarjetas MGA EGA 
16.36760                   GPS
16.36900                   GPS
16.38400                   GPS
16.58880                   Reloj UART

16.67000                   µP (Motorola 68000), IOAPIC
16.80000                   PLL en radio, Bluetooth
16.93440                   CD-DA, CD-ROM
17.32800                   RDS
17.66400                   DSL

17.73447                   Subportadora PAL
18.43200                   Audio digital
19.20000                   3G, GPS, Bluetooth
19.44000                   Sistemas DS1, T1 y E1
19.66080                   Sistemas CDMA

19.68000                   Sistemas CDMA y Bluetooth                   
19.80000                   Sistemas CDMA y Bluetooth
20.00000                   Ethernet
20.27520                   Reloj UART
20.48000    

21.47727                   NTSC
22.11840                   Reloj UART
22.57920                   Audio
23.10400                   GPS
23.96160                   Reloj UART

24.00000                   USB Full speed
24.55350                   GPS
24.57600                   Sistemas Firewire
24.70400                   Sistemas DS1
25.00000                   Ethernet

25.17500                   Gráficos VGA
25.80480                   Reloj UART
26.00000                   GSM/UMTS
26.21440                   
26.56250                   Canal de fibra

26.84360                   Generador de señal digital
26.97500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control
26.99500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control
27.00000                   PAL/NTS
27.02500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control
27.04500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control
27.07500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control
27.09500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control

27.12000                   RFID
27.12500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control
27.14500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control
27.17500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control
27.19500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control
27.22500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control
27.25500                   Banda 27 Mhz. RC modelos a radio-control

27.45600                   GPS
27.64800                   Reloj UART
28.22400                   Modems
28.32200                   Gráficos VGA
28.37500                   Sistema PAL
28.63600                   NTSC
29.49120                   Reloj UART

30.00000                   Reloj CPU
30.24000                   Vídeo VGA
30.72000                   3G
31.33440                   Reloj UART
32.76800                   GPS

33.17760                   Reloj UART
33.33000                   Reloj CPU, reloj bus PCI
33.86880                   Audio
34.36800                   Reloj datos E3

34.95000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
34.96000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
34.97000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
34.98000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
34.99000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35.00000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35.01000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35.02000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control

35.02080                   Reloj UART

35.03000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,04000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,05000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,06000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,07000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,08000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,09000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,10000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,11000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,12000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,13000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,14000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,15000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,16000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,17000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,18000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,19000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,20000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,21000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,22000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,23000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,24000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,25000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control

35.25120                   Reloj UART

35.26000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,27000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,28000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,29000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control
35,30000                   Banda 35 Mhz. RC Radio-control

35.32800                   DSL
36.00000                   VGA
36.86400                   Reloj UART
38.40000                   3G
38.88000                   Sistemas DS1/T1/E1

39.00000                   GSM/UMTS
40.00000                   Reloj CPU
40.32000                   Reloj UART
40.65500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.66500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.67500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.68500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.69500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.70500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.71500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.72500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.73500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.74500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.75500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.76500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.77500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.78500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.79500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.80500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.81500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.82500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.83500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.87500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.88500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.91500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.93500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.94500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control

40.96000

40.97500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
40.98500                   Banda 40 Mhz. RC Radio control
44.73600                   DS3
45.15840                   Audio
48.00000                   Gráficos VGA

49.15200                   Firewire
49.40800                   DS1

49.83000                   RC juguetes, Walkie-talkies
49.86000                   RC juguetes, Walkie-talkies
49.89000                   RC juguetes, Walkie-talkies

50.00000                   Ethernet
51.84000                   SONET
52.41600                   Modems
53.12500                   Canal de fibra
56.48800                   Modems

66.66700                   Reloj CPU, BUS PCI
70.65600                   DSL
77.76000                   Reloj UART
80.00000                   Reloj CPU
100.0000                   PCI Express

106.2500                   Canal de fibra
106.5000                   Radio
125.0000                   Ethernet
155.5200                   SONET/SDH
156.2500                   Ethernet
161.1328                   Ethernet




10. Usos y aplicaciones de los cristales de cuarzo

La gran estabilidad con la que vibran los cristales de cuarzo los hace idóneos para gobernar la frecuencia a la que trabaja un oscilador. Los vamos a encontrar precisamente formando parte de osciladores y generadores de señal.

En primer plano, un cristal de cuarzo

11. Ejemplo de utilización: Diapasón electrónico, nota musical "La 440 Hz"

Como ejemplo práctico os presento un oscilador gobernado por cuarzo: Un afinador para instrumentos musicales, conocido como "diapasón". 

Creo que este pequeño circuito tiene interés no solo desde el punto de vista "académico" para mostrar en acción un cristal de cuarzo, sino también como circuito "útil" que nos puede servir en la vida cotidiana. Por eso, este circuito será objeto del próximo vídeo de la serie "Circuitos Útiles". Aquí sólo se hará una breve descripción:

La necesidad es conocida por aquéllos que tocan algún instrumento musical "afinable" como es el caso de una guitarra. El diapasón hace sonar una nota de referencia con la cual afinaremos la guitarra. Lo más usual es que esa nota de referencia sea "La(4)", o más exactamente "Nota La(4) a 440 Hz".

Sin embargo, al consultar la tabla anterior de frecuencias disponibles vemos que no hay cristales para 440Hz (ni nada que se le parezca).

La solución: Usaremos un resonador de 1Mhz, que es una frecuencia 2.273 veces mayor que 440Hz. Haremos un oscilador para 1Mhz con un circuito integrado. A continuación inyectamos ese MHz en un circuito divisor de frecuencia basado en otro circuito integrado. ¿Y en qué factor vamos a dividir la frecuencia?. Pues en un factor... 2.273 con lo cual obtendremos nuestros buscados 440Hz a partir de aquél MHz.

¿Cómo es posible que ese circuito divisor nos permita dividir precisamente por 2.273?. Bueno, en realidad ese circuito es fácilmente configurable y nos permite dividir por un amplio rango de números. Lo veremos en "circuitos útiles"

La salida del divisor de frecuencia es aplicada a una etapa de amplificación de BF a cargo de dos transistores y enviada directamente a un pequeño altavoz.

La alimentación es de 9 vcc
Se acciona por un pulsador
Por simplicidad no lleva mando de volumen



12. Cómo comprobar un cristal de cuarzo

En esta ocasión no estamos "de suerte". Un cristal de cuarzo es otro componente que no podemos comprobar con nuestro multímetro. Tampoco dan señales externas de estar en mal estado, así que en caso de sospecha, lo más directo es sustituir el cristal dudoso y comprobar el resultado. El coste de un cristal de cuarzo está en torno a un euro. Los resonadores son un poco más baratos aún.

Otra opción es construir un sencillo comprobador de cristales basado en un oscilador y convertirlo en un gadget para nuestro laboratorio.



13. Comprobador casero de cristales de cuarzo

El circuito anterior se puede montar en un trozo pequeño de circuito preimpreso y hacer el cableado como de costumbre: Un mix de soldaduras directas, pequeños trozos de alambre y/o cable. Todo se puede acomodar en una pequeña caja de plástico incluyendo la pila.

Para probar un cristal lo conectaremos donde dice "XTAL" sin importar la polaridad, ya sabéis que los cristales carecen de ella. El transistor T1, junto con C1, C2 y R3 forman un oscilador (suponiendo que haya un cristal válido conectado en "XTAL").

Si el cristal a probar está bien, al aplicar la tensión (pulsando S1) T1 oscilará. Esa oscilación será "detectada" por D2 y D3, es decir: Rectificada, y aplicada a la base de T2 hará entrar a este en conducción, encendiendo el Led D4 indicando que el cristal probado es válido.

D1 sirve para que nos aseguremos que la pila está bien.

He probado este comprobador de cristales jugando con los valores de algunos componentes y repitiendo las medidas muchas veces, y puedo asegurar que es totalmente fiable para probar cristales en un rango de 1Mhz a 32Mhz, lo que nos permite cubrir prácticamente todos los casos que nos vamos a encontrar.

La lista de componentes:

1 Caja de plástico de tamaño y forma adecuada
1 Pequeño trozo de circuito impreso
1 interruptor miniatura de los que se sueldan directamente al PCB
1 Portapilas para pila de 9V
1 Pila de 9V
1 Conector de dos vías
2 Trozos de cable de unos 10 cms
2 pinzas de cocodrilo
4 tornillos diámetro 3mm largo 15mm
3 arandelas 3mm
6-12 tuercas 3mm
R1 680 ohm
R2 27K
R3 1K
R4 5K6
R5 680 ohm
C1 100 pf
C2 100 pf
C3 1 nf
C4 4n7
D1 Led verde
D2 1N4148
D3 1N4148
D4 Led (que no sea verde como D1)
T1 Ver esquema (Yo uso el tipo BC550)
T2 Igual que el anterior


Todos los componentes son económicos y fáciles de encontrar.

Comprobador DIY de cristales de cuarzo, ya terminado

14. Otros usos de la piezoelectricidad

Este capítulo del tutorial está dedicado a los cristales de cuarzo, componentes electrónicos basados en el el fenómeno piezoeléctrico. Pero los cristales de cuarzo no son los únicos componentes electrónicos que explotan este fenómeno, también se utilizan en:


- Zumbadores: Pequeños dispositivos a modo de micro-altavoces que sirven para emitir señales acústicas o melodías. Usado en relojes, alarmas, juguetes, teléfonos... 

Son reversibles, es decir, pueden funcionar al revés: Si son presionados, generan electricidad.









- Transductores (en sondas): Utilizado en barcos para conocer no sólo la profundidad sino también el perfil del fondo marino y su composición (roca, arena, algas) e incluso localizan bancos de peces o grandes peces solitarios.

La mayoría llevan una alarma de fondo que avisa si la profundidad disminuye por debajo de cierto valor.














- Encendedores piezoeléctricos: 

Utilizados en los populares encendedores.










- Limpieza ultrasónica: Llamada también limpieza "sin detergente". Un transductor piezoeléctrico produce ultrasonidos en un líquido en el que se ponen los objetos a limpiar. Esa vibración ultrasónica, muy energética, produce un fenómeno llamado "cavitación", que limpia la superficie de esos objetos.

- Limpieza bucal en odontología: También aquí se utiliza el fenómeno de cavitación a su vez inducido por ultrasonidos que provienen de un material piezoeléctrico.

- Altavoces de agudos

- Balanzas piezoeléctricas de gran precisión

- Inyectores en motores de combustión modernos.




RINCÓN DE LA TEORÍA. El efecto termoiónico o efecto Edison

A finales de los 1800 varios experimentadores dieron con este fenómeno que ocurría cuando se calentaban metales cargados eléctricamente. Pero fue Thomas Edison quien mas investigó este fenómeno, pues en los incontables experimentos que realizó con su bombilla eléctrica este fenómeno (entre otros) era responsable de que dichas bombillas no tuvieran larga vida.


Edison, en algunas bombillas introdujo un electrodo, aislado eléctricamente del filamento. Y comprobó que al polarizarlo positivamente respecto del filamento, se establecía una corriente entre el filamento caliente y ese electrodo frío.

Cuando el segundo electrodo no se polarizaba (o se polarizaba negativo) no se producía corriente alguna. Es decir, esa corriente sólo se manifestaba en un sentido. Sin saberlo en ese momento, acababa de inventar el diodo, componente que marcó el inicio de lo que hoy conocemos como "electrónica".

Edison también observó que esa corriente era tanto mayor cuanto mas voltaje positivo aplicaba a ese segundo electrodo, y también cuanto mayor fuese la temperatura del filamento.


¿Que estaba ocurriendo?

Los átomos de los metales tienen electrones en su capa externa que no están muy ligados a dichos átomos. A temperatura ambiente, los electrones permanecen ligados a sus átomos pero, cuando la temperatura alcanza valores de cientos de grados, esos electrones adquieren un nivel energético tal que les permite abandonar momentáneamente sus "órbitas" en sus átomos y alejarse de ellos. 



Esto crea una carga positiva en el metal (ya que faltan electrones) mientras que la "nube" electrónica que rodea a ese metal es, lógicamente, negativa. Mientras haya aporte de calor, esa nube electrónica se mantiene, lo cual no quiere decir que sean siempre los mismos electrones: Eventualmente muchos regresan al metal a ocupar su puesto en su átomo, pero nuevos electrones de otros átomos escapan a esa nube, de modo que siempre hay una nube electrónica que rodea al metal.


Lo anterior tiene una enorme importancia: Los electrones que ahora están "flotando en la nube", desligados de sus átomos en el metal, son ahora susceptibles de ser atraídos por una pequeña carga eléctrica positiva y hacerlos circular a través del vacío o de un gas.


La invención del diodo

Estos experimentos condujeron inevitablemente a la invención del diodo (palabra que significa "dos electrodos"). Su característica principal es que sólo deja pasar la corriente eléctrica en un sentido, bloqueándola en el otro.

En el dibujo a la izquierda, hay dos diodos: El de la izquierda tiene un filamento que hace las veces de cátodo (caldeo directo). El de la derecha también tiene un filamento pero el cátodo es otro electrodo independiente. En ambos casos el cátodo se calienta para que emita electrones que formarán la nube electrónica en torno a él.

Ahora nos centramos en el electrodo ánodo "placa" en la parte superior. No está conectado al cátodo con ningún conductor eléctrico y además los separa el vacío que es aislante.

Si polarizamos el ánodo con una tensión positiva, atraerá a los electrones de la nube que rodea al cátodo. Como esos electrones están desligados de sus átomos, responderán a la atracción viajando velozmente hacia el ánodo a pesar de haber vacío, o mejor dicho "gracias a que" hay vacío, pues así los electrones evitan millones de colisiones en su viaje ya que de haber aire en el interior del diodo los electrones se verían frenados.

Una vez los electrones recogidos en el ánodo, la batería los envía de nuevo al cátodo, cerrando así el circuito.

Si se polariza el ánodo con una tensión negativa o no se polariza, los electrones no son atraídos y el diodo no conduce.


Las válvulas de vacío

El diodo fue el primero (y el más sencillo) de los dispositivos conocidos como válvulas de vacío. Al diodo se le añadió un tercer electrodo (llamado rejilla) convirtiéndose en "Triodo". Con el diodo y el triodo ya era posible hacer muchas cosas con la electricidad: Rectificación, detección, amplificación, osciladores, comparadores, mezcladores... en definitiva, pura electrónica.

Más tarde se añadió un cuarto electrodo (tetrodo), un quinto electrodo (pentodo)...


A mediados del siglo pasado, la invención del transistor y el uso de materiales semiconductores, mucho más eficientes, relegó (que no acabó) el uso de las válvulas de vacío a unas pocas aplicaciones especiales como etapas de potencia en radio, magnetrones en radar y hornos microondas, tubos de rayos X, equipos de alta fidelidad para sibaritas y el tubo de rayos catódicos (TRC) de la TV "antigua" (que aún sigue usándose)...


Aprovecho para decir que no sé si será posible, pero me gustaría dedicar un capítulo de este tutorial a las válvulas de vacío, por supuesto, con parte práctica, con montajes. A ver si no se me hace muy cuesta arriba conseguir material de este tipo...




El vídeo

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Estufa para exteriores hecha con latas

February 9, 2015, 11:28 am

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Hola amigos...!

Os presento un proyecto DIY fácil y que creo interesante.

Una estufa hecha con latas de conserva recicladas y que usa como combustible aceite vegetal (no de motor) usado: Combustible que nos puede salir gratis. Este es de los proyectos que me gustan porque además de fáciles, son económicos, parecen tener cierta utilidad, se salen de la rutina y, además, se recicla (las latas y el aceite usado).

Estufa-Quemador para exteriores con latas recicladas. Combustible: Aceite usado

Es una estufa para exteriores

Antes que nada, recomiendo que esta estufa se use en el exterior: Un patio, la terraza, el campo, etc, y no en el interior de una vivienda. Aunque el aceite vegetal cuando arde a alta temperatura produce una llama bastante limpia (y en esta estufa el aceite arde a alta temperatura y no emite humos), sin embargo, cuando el aceite se acaba, arde durante unos segundos a baja temperatura y emite una cantidad notable de humos, durante poco tiempo, (unos segundos), pero lo suficiente como para producir molestias en el interior de una casa.



Materiales necesarios

Nos van a hacer falta cinco latas:

Como combustible usaremos aceite vegetal (girasol, oliva, soja, palma, colza, semillas, maíz... todos valen), mejor si es usado.

Para encender la estufa usaremos alcohol sanitario. Si disponemos de alcohol de quemar o metanol, mejor: Arde mejor y es mas barato.


Hacer la estufa

Todas las latas habrán sido enjuagadas y lavadas con agua y jabón tras haber consumido su contenido. Se irán colocando en orden ascendente, primero la lata "uno" y finalmente la "cinco".


- Lata 1 (base)

La típica lata de "callos". Estará abierta por el lado "normal" y cerrada por el otro lado. Con unos alicates de corte (o una lima redonda o de media caña) haremos cuatro incisiones en su borde superior, separadas 90º mas o menos. Servirá para que el aire entre al interior de la estufa y la llama no se extinga

Lata 1 con los cuatro orificios para entrada de aire

- Lata 2 (quemador)

Este tamaño de lata es muy común para el atún en conserva. Se usará tal como está sin modificar

- Lata num 3 (cámara de combustión)

Abierta por el lado habitual. Por el otro lado hay que hacerle un agujero de un diámetro ligeramente inferior al diámetro de las dos latas siguientes "4" y "5". Como las latas 4 y 5 tienen un diámetro de 72 mm, haremos un taladro de 65mm. Es la lata "grande" de esta estufa, en donde tiene lugar la combustión. 

El producto típico en este formato de bote grande es el tomate, ya sea entero o triturado


- Lata num 4 (oxigenador)

Una lata de tamaño convencional. 

Abierta completamente por ambos lados, es decir, quedará como un tubo.

A esta lata hay que practicarle hileras de taladros de 5-6 mm en toda su superficie, separando cada taladro entre 15-20 mm. Esto es fundamental para que la llama se avive y la estufa funcione bien. Esta (y la siguiente) es la lata más fácil de encontrar. Hay muchos productos con este formato de bote.

Latas 4 y 5

- Lata num 5 (chimenea)

Una lata igual que la anterior, abierta por ambos extremos, pero sin taladros en sus paredes.




Ponerla en funcionamiento

1. Situar la lata 1 en una superficie estable, que no sea susceptible de arder, cuidando que tampoco haya nada combustible a su alrededor.

2. Verter unos 25-30 cc de alcohol en la lata 1

3. Ponemos aceite usado en la lata "2" (la mitad o poco más)

4. Situamos la lata dos con el aceite en la lata "1". La estufa arrancará más rápido si ponemos la lata "2" sobre algo que la mantenga a 1-2 cms del fondo de la lata "1", por ejemplo tres tuercas.

5. Prendemos el alcohol. Lo dejamos así unos 30 segundos para que se caliente y no se apague al hacer el paso siguiente.

6. Colocamos la lata "3" sobre la lata "1". La lata "2" queda encerrada y protegida del viento. A través de los cuatro agujeros la llama respirará. Dejar así otros 30 segundos que se caliente todo, evitando que la llama se apague.

7. Sobre la lata "3" colocamos la "4". Bien centrada

8. Y sobre la "4" ponemos la "5"

Sólo queda esperar a que el alcohol caliente el aceite hasta el punto en que comience a arder. Es posible que el alcohol se apague antes de que el aceite prenda. Volveremos a encender el alcohol. NUNCA REPONER ALCOHOL CON LA BOTELLA DE ALCOHOL SOBRE UN FUEGO. Para reponer alcohol tenemos que estar seguros de que NO HAY FUEGO.

Una vez el aceite ha comenzado a arder, la combustión se mantendrá por si misma, haya o no alcohol. Por eso debemos poner una cantidad  moderada de alcohol: La justa para que el aceite comience a arder. 

Para que el aceite prenda, aprovechamos un parámetro conocido como "temperatura de inflamación" o "flash point", que es la necesaria para provocar vapores en cantidad suficiente como para que una llama o fuente de ignición encienda esos vapores. En el caso del aceite vegetal esa temperatura de inflamación resulta estar en torno a los 270ºC, temperatura bastante superior a la utilizada normalmente en cocina que ronda por los 190ºC

No necesitaremos hacer grandes esfuerzos de adivinación para saber cuándo el aceite comienza a arder. Mientras que el alcohol arde ahí dentro con una llama azulada, no muy visible y con cierta dificultad, el aceite lo hace vigorosamente: A través de los taladros de la lata "4" se verá una brillante llama, que incluso llega a salir por encima de la lata "5".

El aceite vegetal arde muy bien

Aunque no lo parezca, esta estufa irradia un potente calor en las inmediaciones incluso en el exterior, se percibe un agradable calor

A pesar de lo reducido de la lata "2", el poco aceite contenido en ella dura entre 10 y 15 minutos ardiendo a plena potencia.

Este diseño de estufa se puede hacer más grande, hay latas de conserva bastante mayores que las que se han usado en este ejemplo. Una estufa más grande producirá más calor y durante más tiempo, aunque conseguir encender el aceite también será más difícil.



El vídeo

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Circuitos Útiles. 06. Buscador de metales

March 4, 2015, 4:38 am

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ÍNDICE

1. Características del detector
2. Funcionamiento. Diagrama de bloques
3. Esquema del circuito
4. Lista de componentes
5. Circuito en protoboard
6. Construcción de la bobina
7. El problema de la bobina
8. Montaje del circuito en PCB
9. Auriculares, aclarando cosas
10. Armazón, fijar bobina y caja
11. Modo de operación
12. Prueba
13. El vídeo


Hola amigos!

Con este sexto vídeo de la colección "Circuitos Útiles" intentaré hacer un proyecto que me habéis sugerido en muchas ocasiones, y además tenía en mente desde hace ya un tiempo: Un detector de metales con el que poder entretenerse y encontrar alguna que otra grata sorpresa. No es de los que más prestaciones tienen, desde luego, pero por muy poco dinero podemos construirnos uno bastante apañado. 

Por supuesto, como es norma en esta colección de vídeos, este montaje ha sido realizado y comprobado que funciona.




Características

Peso: 1.2 Kg
Longitud: 1.30 m
Alimentación: 1 pila 9V preferiblemente alcalina
Consumo mA (a volumen medio): 
      Con auriculares: 15 mA
      Con altavoz: 30 mA
Profundidad máxima detección:
      Objeto pequeño, moneda 50 céntimos de euro: 7-8 cm
      Objeto mediano, envase metálico de pasta de soldar: 14 cm
      Objeto grande, cenicero: + de 20 cms
Bobina: 56 espiras (aprox) de hilo de cobre 0.35mm diámetro (#27 AWG)
Tipo: BFO, Beat Frecuency Oscillator - Oscilador de frecuencia de batido




Funcionamiento. Diagrama de bloques

Diagrama del circuito del detector de metales

El circuito consta de cuatro etapas o partes bien diferenciadas: 

1) Oscilador de frecuencia variable
2) Oscilador de frecuencia fija, estable
3) Mezclador-detector 
4) Pequeño amplificador de audio.

Vamos a ver qué hace cada una de estas etapas:

1) Oscilador de frecuencia variable: Comandado por un sencillo transistor (T1 en el esquema) tipo BC547B. Está diseñado para oscilar a una frecuencia comprendida entre 445 y 465 Khz. Esta frecuencia viene determinada por el valor de inductancia de la bobina detectora (L1) (que construiremos nosotros) y los valores de c1, c2 y c3.

El circuito LC formado por los componentes anteriores está sintonizado para oscilar a unos 455 Khz. Hay una excepción: El valor de inductancia de L1 no es fijo, ya que al irrumpir un objeto metálico en las cercanías de la bobina, éste actuará como núcleo de la bobina cambiando momentáneamente su inductancia. Como consecuencia, el circuito LC oscilará a una frecuencia distinta de 455 Khz

La frecuencia de este oscilador puede ser ajustada dentro de los márgenes de 445-465 Khz mediante el trimmer C1 y el potenciómetro P1 (ver esquema más adelante).

Una aclaración: En la construcción de la bobina pueden utilizarse piezas metálicas, por ejemplo las dos escuadras que usaré para la sujeción, con toda su tornillería. Estas piezas metálicas contribuyen a que la bobina tenga una inductancia determinada, lo que no quita que cuando se acerque OTRO metal a la bobina, ésta cambie su inductancia.

2) Oscilador de frecuencia fija: Basado en el mismo esquema que el oscilador anterior, de hecho utiliza también un BC547B, pero hay una gran diferencia: Aquí no hay bobina sino un resonador de 455 Khz que lo hace oscilar con una gran estabilidad a 455 Khz sin importar a qué frecuencia oscile el otro oscilador. En el tutorial de electrónica básica, capítulo 14 se habla de los resonadores y cristales de cuarzo y su gran cualidad de oscilar a una frecuencia fija y excepcionalmente estable.

3) Mezclador detector: La señal de los dos osciladores anteriores se lleva a este circuito en donde se mezclan. Está formado por D1, R6, R7 y C9.

La señal del oscilador fijo siempre será de 455 Khz, pero la señal del oscilador variable puede variar de 445 a 465 Khz (según haya un objeto metálico o no cerca de la bobina buscadora L1).

En electrónica, cuando se mezclan dos señales de frecuencias distintas se generan dos señales muy importantes:

- La suma de ambas frecuencias
- La resta de ambas frecuencias

Supongamos que el oscilador variable está trabajando a 455.5 Khz
El oscilador fijo, por supuesto, lo hará a 455 Khz

Las señales resultantes tras la mezcla serán:

- La suma: 455.5 Khz + 455 Khz = 910.5 Khz (Alta frecuencia)
- La resta: 455.5 Khz  - 455 Khz = 500 Hz  (¡¡Señal audible!!)

¿Que se hace con las dos señales anteriores, suma y resta?

- La suma (910.5 Khz): No nos sirve, es derivada a masa mediante c9.
- La resta (500 Hz): Es una señal que está en el rango de las frecuencias audibles, de 20 Hz a 20,000 Hz, así que se envía a la siguiente etapa para su amplificación:

4) Amplificador de audio: A cargo del conocido circuito integrado LM386, recoge la señal (muy débil) de audio que le entrega la etapa mezcladora-detectora anterior y la eleva a un nivel suficiente como para mover un altavoz o unos auriculares.

En el ejemplo anterior veíamos que la frecuencia resta era de 500 Hz, lo que viene a ser un zumbido de tono ni muy agudo ni muy grave.

Pero, ¿Qué pasa si la bobina buscadora L1 pasa por un instante cerca de un objeto metálico? Pues que su inductancia cambiará momentáneamente, lo que hará que el oscilador variable cambie su frecuencia también durante un instante. Supongamos que su frecuencia pase de ser de 455.5 Khz a 456.0 Khz (sube 500 Hz).

Volvamos a hacer la resta de ambas señales, la señal del oscilador variable y la señal del oscilador fijo:

Resta: 456 Khz - 455 Khz = 1,000 Hz = 1 Khz

Ahora la frecuencia de audio ha subido de 500 Hz a 1,000 Hz, hecho que es perfectamente audible (el sonido ahora es bastante más agudo), y sería un claro indicativo de que el buscador de metales ha encontrado algo... metálico.

En el minuto 36:15 del vídeo se aprecia el cambio del sonido emitido por el altavoz cuando se acerca un objeto metálico a la bobina buscadora L1.




Esquema del circuito

Esquema circuito del detector de metales

La alimentación es de 9 voltios, y la etapa de audio va a 9V, pero los dos osciladores funcionarán a 5V mediante un regulador de 5V (7805). Con esto se pretende dotar de la máxima estabilidad a los dos osciladores, pues éstos son sensibles a los cambios de tensión que experimentará una pila a lo largo de su vida útil.

La única exigencia para que un regulador 7805  entrege 5 voltios es que la tensión que se le aplique sea como mínimo 3 voltios mayor. En nuestro caso, 5 voltios + 3 = 8 voltios, tensión asegurada por una pila de 9V.

El condensador c11 configura al LM386 para la máxima ganancia

El terminal positivo del condensador c15 debe ponerse lo más cerca posible del pin 6 de IC1, este condensador evita zumbidos parásitos en el altavoz.

Nada impide poner un led después del interruptor "S1" y con una resistencia de 6,800 (6K8) Ohm en serie a masa para señalizar que encendemos el dispositivo. Elegí un led azul porque gastaba muy poco: Con una resistencia tan alta como 6K8 aún lucía sobradamente gastando sólo ¡1 mA!

C1 es un pequeño condensador ajustable -trimmer-. Con él ajustaremos la frecuencia del oscilador variable de modo que en el altavoz escucharemos un tono.

P1 es el potenciómetro de tono, sirve para regular el tono que escuchamos en el altavoz una vez que C1 ha sido ajustado.

P2, el potenciómetro de volumen, toma la señal de audio proveniente del mezclador-detector vía C11 y la envía al pin 2 (entrada audio) del IC LM386.



Lista de componentes

Va por secciones:

Para la BOBINA BUSCADORA:

- Madera o cualquier material aislante de 3mm de espesor









Para convertir los 4 discos de madera en un bloque y sujetar las escuadras:
- 5 Tornillos métrica 4mm, largo 30 mm
- 10 arandelas para los tornillos anteriores
- 5 arandelas grover para los tornillos anteriores
- 5 tuercas métrica 4mm para los tornillos anteriores

- 2 pequeñas escuadras

- 2 trozos de circuito impreso a modo de bornes de conexión para la bobina








- Cobre esmaltado 0.35mm diámetro (AWG #27), unos 25 metros.

- Papel de aluminio para apantallar la bobina

- Un tupper con forma circular de tamaño adecuado para alojar la bobina

Para sujetar la bobina:
- Un trozo de redondo de madera, largo 50mm; diámetro 6 mm
- Dos trozos de alambre, largo aprox. 30 mm; diámetro 1mm o menos




- 2 terminales FASTON para los bornes de la bobina (no se usarán como tales, sino para que las pinzas de cocodrilo agarren bien).

- Cola blanca para unir los cuatro discos ANTES de unirlos con los cinco tornillos.

- Pegamento fuerte (recomiendo basado en epoxi) para sujetar los dos trocitos de circuito impreso que usaremos como bornes de la bobina.


Para la CAJA CON EL CIRCUITO

- Un tupper de tamaño adecuado, evitar los que tengan tapa con muchas curvas o con formas complicadas.

- Circuito preimpreso de matriz de puntos. 

Medidas: 92 x 74 mm.





Para sujetar el circuito impreso (PCB) a la tapa del tupper (foto anterior):
- 4 tornillos métrica 3, largo 15 mm
- Ocho tuercas métrica 3 y ocho arandelas
- Cuatro separadores de pástico

Para sujetar el tupper entero a lo que será el mango del detector:
- 2 tornillos+arandelas+separadores+tuercas, en métrica 4

- Un mini interruptor (S1 en el esquema)







- Pila de 9V
- Portapilas para pila de 9V
- Pequeño altavoz 8 Ohm

- Salida de auriculares, mono, de 3.5 mm, con desconectador de altavoz. Tiene tres terminales.









- Un adaptador jack mono -> stéreo de 3.5 mm



COMPONENTES ELECTRÓNICOS:

R1 2k2 (dos mil doscientos) ohmios
R2 33k (treinta y tres mil) ohmios
R3 100k (cien mil) ohm
R4 33k
R5 15k
R6 15k
R7 100k
P1 100k lineal
P2 10k logarítmico
C1 trimer 60pf
C2 Cerámico, 1n (un nanofaradio)
C3 Cerámico, 2n2 (dos coma dos nanofaradios)
C4 Cerámico, 100n (cien nanofaradios)
C5 Cerámico, 1n (un nanofaradio)
C6 Cerámico, 680pf (680 picofaradios, también 0.68n)
C7 Cerámico, 15pf (quince picofaradios)
C8 Cerámico, 15pf
C9 Cerámico, 100n
C10 Electrolítico, 10µf (10 microfaradios)
C11 Electrolítico, 10µf (10 microfaradios)
C12 Electrolítico 150-330µf
C13 Cerámico, 100n
C14 Electrolítico, 150-330µf
C15 Electrolítico, 470µf

Todos los condensadores electrolíticos son para 16/25 voltios
Todos los condensadores cerámicos para la mínima tensión (63 voltios)
Todas las resistencias a 1/4 de w

D1 Diodo 1N4148 (es muy común)
XTAL Resonador de 455 Khz, se puede extraer de un mando inservible
T1 Transistor BC547B
T2 Igual que T1
IC1 Circuito integrado LM386 (amplificador de audio)
Zócalo de 4+4 pines para el LM386 (Mejor que soldarlo directamente)
REG1 Regulador de 5V (código: una o dos letras seguido de "7805")


Resto de material:

- Algo que sirva de bastidor y empuñadura: Una muleta, un palo de escoba...
En mi caso he utilizado una muleta nueva de aluminio, por sólo 6€.
- Dos pinzas cocodrilo con unos 20 cms de cable para conectar circuito con bobina



Circuito en protoboard

Como es norma en esta serie de vídeos, siempre me aseguro de que un circuito funciona. No es suficiente con que luzca bonito el esquema. Una forma rápida de asegurarse es montar el circuito en el protoboard. Antes de poder probar el circuito tuve que construir la bobina, cosa que veremos en el siguiente punto.

El circuito funcionó impecablemente. Los tres controles respondían bien:

Trimmer C1 y potenciómetro P1: C1 sirve para sintonizar el oscilador variable donde está la bobina L1. Primero debe ajustarse el potenciómetro P1 a la mitad de su recorrido. Después ajustar C1 hasta que se oiga una señal en el altavoz. A partir de ahí usaremos P1 para obtener un tono que nos resulte cómodo al oído y ya podemos comenzar a usar el detector de metales.

Volumen, a cargo del potenciómetro P2, nos permite ajustar el volumen de audio tanto si usamos altavoz como si usamos auriculares)

El protoboard con el circuito y todos los anexos: Bobina buscadora, potenciómetros, altavoz y alimentación

Montaje de la bobina

Es un poco laborioso, pero merece la pena. Si se hacen las cosas bien, tiene que funcionar sí o sí. Yo hice tres bobinas, con distintas configuraciones, y funcionan las tres.

Nota: Debido a que hice tres bobinas, en el vídeo es posible que algunas medidas no concuerden con lo que digo aquí en el blog. En ese caso, guíate por este artículo en el blog o por la tabla que expongo en el vídeo en el minuto 26:00.

El procedimiento para construirlas es el mismo sin importar las medidas y parámetros que tengan. Al final de este apartado pondré las medidas y características de cada una de las tres bobinas que hice, así como información útil por si quieres fabricarte una bobina de tamaño distinto.

Los pasos a seguir, a continuación:

1) En el material elegido (en mi caso madera "DM" de 3mm de grosor) dibujamos dos circunferencias con diámetro 120 mm y otras dos de 140 mm. Marcamos también en cada circunferencia una línea que pase por el centro: Nos servirá para posicionar los taladros.

2) Las recortamos. Se puede usar un mini-taladro con la herramienta disco de corte para marcar, y terminar de cortar con una sierra de marquetería. La marca hecha con el mini-taladro hará que la sierra vaya encaminada y no nos saldremos del corte.

3) Haremos una especie de carrete con los cuatro discos, los dos pequeños en el interior, los dos grandes en el exterior. Para poder hacer ese montaje haremos un taladro de 4mm en el centro (que ya habrá sido marcado por el compás) en cada uno de los cuatro discos. Y los unimos los cuatro con un tornillo de métrica 4mm y 30 mm de largo, con sus arandelas y tuerca. Ahora los cuatro discos forman un bloque. 

4) En uno de los dos discos grandes de 140 mm de diámetro haremos las marcas para hacer cuatro taladros para fijar las escuadras. Las medidas:

5) Hacemos los cuatro taladros (taladrando los cuatro discos de una vez). Ojo aquí: Cuando hagamos el primero de estos cuatro taladros, pondremos el tornillo para evitar que algún disco se gire y luego los taladros no coincidan. 

Ahora hacemos los tres restantes taladros y ya fijamos las escuadras con tornillos de métrica 4 más las arandelas y tuercas. No apretar excesivamente. Así debe quedar:

Carrete de la bobina con las dos escuadras. ¡No olvidar encolar los discos!

ANTES DE UNIR ESTOS CUATRO DISCOS CON LOS CINCO TORNILLOS HAY QUE APLICARLES COLA BLANCA, pues más adelante necesitaremos retirar estos tornillos. La cola blanca evitará que la bobina se nos desmonte en las manos.

6) Ponemos a la bobina dos bornas de conexión: Nos servirán para sujetar los extremos del hilo de cobre que formará el bobinado, y también para conectar la bobina con el circuito. Da buen resultado usar un par de trocitos de circuito impreso (el cobre hacia arriba, claro) simplemente pegados con un pegamento basado en epoxi. Aplicar pegamento sólo en el centro de cada trocito de circuito impreso, pues el pegamento aflora por los agujeros del mismo y después hay que soldar...

7) Haremos cerca de esas bornas de conexión un par de incisiones en el borde del disco superior. Esto será útil para que evitar que el bobinado se suelte y la bobina se desbarate. Mejor con una foto:

Detalle de la bobina con los dos trozos de circuito impreso que servirán de bornes, y las dos ranuras para impedir que el hilo de cobre se suelte (el hilo de cobre bobinado siempre aprovecha la menor oportunidad para deshilacharse).

El armazón ya está terminado

Para bobinar usaremos cobre esmaltado de 0.35 mm de diámetro (27 AWG).

Tomamos el extremo del cobre y le retiramos el esmalte con papel de lija (si no, no soldará). Lo soldamos a la borna de la derecha y lo pasamos por la ranura, y comenzamos a bobinar. Son 56 vueltas. Cuando hayamos bobinado todas las vueltas pasamos el cobre por la otra ranura y antes de soldarlo a la otra borna le quitamos el esmalte con la lija. 

Cortamos el hilo de cobre sobrante. Bobinado terminado

8) Apantallar la bobina: Para hacerla inmune a interferencias que podrían dar falsas alarmas, vamos a apantallar la bobina, es decir, dotarla de una especie de jaula de Faraday, para eso usaremos papel de aluminio en tiras que iremos pegando con cola blanca, diluida en agua si es necesario. Una foto aclarará esto:

Apantallado de la bobina. El aluminio envuelve el borde de la bobina por arriba, por abajo y por el canto. Hay que dejar sin apantallar un sector: El de los bornes

9) Unir uno de los polos de la bobina al apantallamiento que acabamos de hacer. El aluminio no se deja soldar con estaño. Y hay que tener cuidado con las uniones mecánicas que, si no están hechas a conciencia, fallan como escopetillas de feria...

Un buen montaje es poner un tornillo muy pequeño en las inmediaciones de la borna izquierda. Cuidado con no destruir el bobinado en esta acción. Después soldamos un trocito de cable o alambre a la borna, y de allí al tornillo, que apretaremos, provocando que la arandela haga firme contacto con el aluminio.

En la foto anterior se puede ver cómo está hecha esta conexión.

10) Colocar la bobina en el tupper circular: Esta bobina no duraría mucho en las condiciones normales de uso: Rozaduras, golpes, suciedad... acabarían por deteriorarla. Encerrándola en un tupper quedará bastante protegida y no se perderán prestaciones, sólo se perdería un milímetro de alcance, pues un milímetro (o menos) es el grosor que tiene el plástico de un tupper.

El método más lógico para unir bobina y tupper es aprovechar los mismos cinco tornillos que se usaron para hacer un bloque los cuatro discos de madera. Así que toca retirarlos, marcar el tupper, taladrar el tupper y volver a poner los tornillos a la bobina pero esta vez sujetándola al tupper. Para que los cuatro discos de la bobina no se desarmen al retirar los cinco tornillos, (lo que supondría la inutilización de la bobina), se supone que cuando la armamos aplicamos cola blanca entre disco y disco para que éstos se queden pegados aunque retiremos los cinco tornillos.

Bobina acoplada al tupper protector

El problema de la bobina

Si la bobina no tiene el número de vueltas exacto, el altavoz emitirá un sonido muy débil o no emitirá sonido en absoluto por más que actuemos sobre el trimmer C1. Es suficiente añadir (o quitar) una sola espira para que el sonido brillante y claro del altavoz se convierta en un leve pitido casi imperceptible. Esto puede hacer tirar la toalla a más de uno, y yo también estuve a punto.

En el tema bobina hay una trampa oculta, al acecho:

Para esta bobina de 120 mm de diámetro, estimé que eran necesarias cincuenta y cuatro vueltas en el bobinado. Resultaron ser 56. Esas dos vueltas suplementarias las puse añadiendo (soldando) un poco de cobre al bobinado. Para soldar ese trozo extra de cobre hay que quitar el esmalte, y también hay que quitarlo para soldar el extremo del bobinado a la borna, cosa que hice en cada una de las dos vueltas extra que añadí. Es decir, a cada vuelta, soldaba y probaba la bobina.

Las dos últimas vueltas de cobre tenían,pues, dos zonas sin esmalte aislante que coincidían en la posición. De vez en cuando se tocaban entre sí, y el altavoz enmudecía.

En vez de "arreglar" aquella chapuza preferí retirar el cobre y bobinar de nuevo, ya sabiendo que eran 56 espiras, pero de una vez, sin empalmes.

Y aquí viene el problema: Una vez terminado el bobinado a 56 vueltas, hecho con mucha atención y sin errores, pruebo la bobina y el altavoz suena flojísimo. Apenas se oía.

¿Cómo era posible esa diferencia si el bobinado fue hecho a imagen y semejanza del anterior que tan bien funcionó?. Puede ser debido a varias causas:

1) Tolerancias en el grosor del hilo de cobre.
2) Tensar más o menos el cobre mientras se bobina.
3) Cuántas espiras se crucen o se monten (y dónde y cómo), ya que el bobinado es realizado a mano.

Como resultado: Dos bobinas que se pretenden iguales, no lo son. Sus valores de inductancia difieren ligeramente, muy poco, pero lo suficiente para que un circuito deje de funcionar.

Es decir, se cumple una de las Leyes de Murphy:

No hay dos componentes "idénticos" que se parezcan

Por supuesto, no estaba dispuesto a repetir la chapuza de empalmar hilo, así que... a bobinar de nuevo, pero sin quedarme corto esta vez: Hice un tercer bobinado a 61 vueltas.

La idea es la siguiente:

1) ¿Funciona bien con 61 espiras? OK, se queda como está.

2) Si no funciona bien (audio muy flojo o inexistente a pesar de actuar sobre C1), se desuelda el terminal de la bobina y se quita una vuelta. Se vuelve a meter el hilo por la ranura del disco, se lija para quitar el esmalte y se suelda. Probar la bobina de nuevo. Y así, vamos quitando vueltas hasta que, forzosamente encontremos un punto óptimo (el altavoz suena a volumen suficiente). Esto debería ocurrir antes de llegar a las 50 vueltas, es decir, quitando 11 vueltas en el peor de los casos.

Si en la búsqueda de un mejor nº de espiras vemos que el sonido empeora respecto de la prueba anterior y deseamos volver a la situación anterior, ¿Cómo añadimos esa espira? Muy sencillo: No cortando la última espira quitada, así podemos volver a poner esa espira.

Es importante no darse por vencido ni conformarse con un sonido deficiente. Según vayáis variando el nº de espiras tendréis ciclos de sonido mediocre/inexistente. Seguid quitando espiras buscando ese sonido claro en el altavoz.

Esto explica porqué muchos proyectos con bobinas terminan en fracasos y abandonos a pesar de que al autor sí le funcionó.

Resumiendo: Aconsejo 54 vueltas, pero el valor correcto puede estar entre 50 y 61 vueltas. 

Las especificaciones de las tres bobinas que hice las tenéis en la siguiente tabla. El detector lo basé en la bobina tipo "3", la más pequeña de las tres.

En el vídeo, la bobina aparece con la inscripción "56 vueltas": Se me pasó por alto modificar dicha inscripción después de volver a bobinar. EL VALOR VERDADERO Y DEFINITIVO es el de la tabla bajo estas líneas: 52 vueltas.

Montaje del circuito en PCB

Seguiré el mismo método que tan buenos resultados ha dado hasta ahora en todos los montajes:

1) Partimos de una placa de circuito impreso de aprox 94 x 72 mm, de las que tienen preimpresos puntos de cobre ya taladrados.

2) En este PCB iremos poniendo los componentes siguiendo un orden lógico, de momento sin soldarlos, sólo para distribuirlos racionalmente en la superficie disponible. Evitaremos caer en el error de poner componentes en las esquinas, pues las necesitamos libres para poner un tornillo de sujecion. Para evitar que los componentes se caigan antes de soldarlos, doblaremos un poco sus terminales.




También pondremos los conectores necesarios (hacen falta cuatro), huyendo del método poco recomendable de soldar los cables directamente al PCB:

Conectores:
- Alimentación, pila 9V (2 vías)
- Interruptor on/off (2 vías)
- Salida de audio (2 vías)
- Entrada de la bobina detectora

3) Cuando estemos seguros de que todos los componentes están distribuidos correctamente, los soldamos.

4) Para soldar los componentes: Uniremos los componentes entre sí usando sus propios terminales cuando sea posible, y si no, añadiendo puentes de alambre fino o cable fino de cobre. Como siempre, será buena idea poner una línea de alambre en cada extremo del PCB para hacer la línea de masa y la línea de positivo, a las que van muchas conexiones.

5) Mecanizamos en el tupper los taladros necesarios. Evitaremos hacer muchos taladros en la tapa del tupper. Ahí sólo fijaremos la toma de auriculares. Así será más fácil acceder al interior en el caso de tener que hacer alguna intervención: Bastará con retirar el tupper.

Los taladros son:

- Dos taladros 4mm en la tapa del tupper para sujetarlo al bastidor
- Uno para el interruptor on/off
- Dos para fijar ambos potenciometros: Tono y volumen, en el lateral derecho.
- Dos pequeños a 3 mm para los dos cables de la bobina buscadora
- Uno para la salida de auriculares, en la tapa
- Dos taladros a 3mm para fijar el altavoz con tornillo, arandelas anchas y tuercas, así como múltiples taladros de 2mm como salida de sonido del altavoz, todo ello en lado trasero

Haremos un taladro (10mm) en el tupper justo en la vertical de C1 para introducir la herramienta de ajuste.

Ajustando C1 con el trimador a través del taladro realizado al efecto

6) Sujetamos los dispositivos al tupper ya taladrado (Circuito, interruptor, potenciómetros, altavoz, toma de auriculares...)

7) Conectar esos dispositivos a sus conectores correspondientes en el PCB

Circuito en la caja, todo OK

Auriculares, aclarando cosas

Comenté en el vídeo que los auriculares eran opcionales, pero es recomendable incluir esa opción "de serie":

- son más discretos que el altavoz
- Consumen menos pila
- Se perciben mejor las marcaciones más débiles

Usaremos los auriculares que sean de nuestra preferencia, se supone que estéreos, pero el detector entrega una señal monoaural con una clavija también monoaural. Esto quiere decir que oiremos sólo por un oído, lo que resulta bastante molesto.

¿Y no se podría haber solucionado esto último con una clavija estéreo? ¿Aunque hubiese sido poniendo a ambos canales (derecho e izquierdo) la misma señal?

Adaptador mono-estéreo

Sí, pero... una clavija de auriculares estéreo y con desconectador de altavoz tiene al menos 6 terminales, lo que complica las cosas con el cableado.Vamos a usar un adaptador mono-estéreo, como la de la foto de la izquierda, y por menos de 1€, asunto solucionado. No es que el adaptador mono-estéreo vaya a convertir el sonido monoaural en estéreo, pero sí hará sonar los dos auriculares para escuchar con ambos oídos.




Armazón, montaje final  y conexionado

Como armazón o soporte del detector de metales podemos usar muchas opciones. Al principio pensé en un palo de escoba. Es resistente y pesa muy poco. 

Justo cuando llegué a esta parte del montaje se me ocurrió hacer una búsqueda en la página de compra-venta "Mil Anuncios", y encontré esta maravilla por 6€. Nueva, de aluminio y extensible:

Como anillo al dedo...

En un principio pensé precisamente en una muleta por que su empuñadura y su extremo envolvente para el brazo la hacen muy ergonómica, pero deseché la idea pensando en que eran mucho más caras.

A esta muleta fijaremos la bobina detectora y el tupper con el circuito.


- SUJECIÓN DE LA BOBINA BUSCADORA:

Recordad que no se pueden poner metales cerca de la bobina, pues esto es interpretado por el circuito como una alarma y el detector no funcionará bien. La muleta es de aluminio y este problema se producirá. De hecho, lo comprobé y lo comento en el vídeo.

Solucionamos este contratiempo sustituyendo la parte baja de la muleta por un palo redondo de madera que sujetaremos con tornillo y palometa:

Hacemos un taladro pasante de 4mm en el extremo del palo, a 15 mm del final. Con el redondo de madera de 6 mm de diametro y 50 mm de largo fijamos la bobina con sus escuadras. Aseguramos el redondo de madera con dos pasadores que son dos simples trozos de alambre doblados. Esta unión no es rígida y permite a la bobina bascular y mantenerse horizontal aunque cambiemos el ángulo de la muleta respecto del suelo.

Foto con la sujeción de la bobina:

Pasador de madera que a su vez tiene dos pasadores de alambre en sus extremos. El material a modo de arandelas para evitar holguras son dos trozos de manguera pero puede servir cualquier cosa no-metálica.

- SUJECIÓN DEL TUPPER QUE CONTIENE EL CIRCUITO:

Debemos sujetarlo a la muleta a una distancia de unos 20 cms de la bobina. Más distancia significan pérdidas e interferencias en los cables. Menos distancia supone que el circuito influirá a la bobina. 

La manera de fijarlo: Con dos tornillos pasantes M4 y largo adecuado, con sus respectivas arandelas y tuercas. Los taladros en el tupper será mejor hacerlos en un sitio despejado de fácil acceso. Por supuesto también haremos dos taladros M4 en el palo y la muleta. Taladros pasantes. El tupper quedará bien sujeto así.

En esta foto se ve el tornillo y arandela que sujetan el tupper a la muleta. Este tornillo atraviesa la muleta y sale por el otro lado...

... y se sujeta con arandela y tuerca. 

Entre la muleta y el tupper hay dos piezas cilíndricas blancas de plástico: Son separadores y se venden en las tiendas de electrónica en distintas medidas, aunque se pueden improvisar cortando trozos de un boligrafo inservible, etc.

Esos separadores eran necesarios porque la tapa del tupper no es perfectamente plana y también para dejar espacio para la tuerca central.


- CONEXIÓN ELÉCTRICA BOBINA BUSCADORA - CIRCUITO:

También aquí hubo sorpresas.

Tenía previsto unir eléctricamente la bobina con el tupper (circuito) mediante un pequeno trozo de cable coaxial y conexiones tipo "F", especiales para cable coaxial, que son fáciles de preparar y rápidas de poner y quitar. Con el detector de metales estamos trabajando con RF en frecuencias de medio Mhz y a estas frecuencias ya hay que empezar a ser cuidadoso con los cables, los conectores, las pérdidas y esas cosas...

Con este tipo de conexión el detector se fue de sintonía, como cuando pones un metal cerca de la bobina, hasta el punto de no poder usarlo. Sé que parece una "herejía electrónica" pero el comportamiento era mejor con un simple par de cables separados. 

La causa de ese problema no cabe duda de que se debe a la proximidad de ambos conductores en un cable coaxial (malla y "vivo"), lo que representa una capacidad parásita que afecta a la constante LC del oscilador variable al que está conectado la bobina.

Dos cables normales por separado no tienen este problema, pues se pueden disponer alejados entre sí y de este modo evitamos capacidades parásitas, y esta es la opción que finalmente adopté. Del conector para la bobina en el tupperware salen dos cables con unas pinzas de cocodrilo para conectar en las bornas de la bobina. Pasaremos cada cable a un lado de la muleta, bien alejados uno del otro.

No hay unión eléctrica más rápida de hacer/deshacer: Dos cables salen del circuito desde el tupper y se conectan a la bobina con dos pinzas de cocodrilo. Además, evitamos capacidades parásitas. En los "bornes" de la bobina he soldado dos terminales faston mas bien grandes, no para usarlos como tales, sino para que las pinzas de cocodrilo tengan un buen agarre.

Llegados a este punto, el detector de metales está listo para ser utilizado

Detector de metales, listo para su uso

Modo de operación

1. Pulsamos el interruptor S1 de puesta en marcha.

2. Si escuchamos un pitido en el altavoz o auriculares, saltar al punto 6

3. Si no lo escuchamos, o es muy débil, o tiene una frecuencia que apenas podemos oír, actuaremos sobre el trimmer c1 usando un trimador o herramienta adecuada. Girar C1 hasta que se escuche un pitido en el altavoz. Se supone que ya no tendremos que actuar más sobre C1, o lo haremos muy de vez en cuando. Los trimmers no tienen un"tope" sino que al girarlos 360º empiezan de nuevo, es decir, no se rompen ni se fuerzan por girarlos muchas vueltas.

4. Usar el mando de tono P1 para conseguir un tono que sea de nuestro gusto, yo prefiero frecuencias bajas, menos estridentes que las agudas.

5. Regular con el mando de volumen un nivel de audio razonable. Si usas auriculares en vez de altavoz, la pila durará prácticamente el doble.

6. Ya podemos comenzar a buscar. 

7. Deslizaremos la cabeza buscadora lo más cerca posible del suelo para tener mas probabilidades de detectar cualquier objeto, pero cuidando de no maltratar excesivamente el tupper que contiene la bobina, si bien es verdad que la función del tupper es proteger a la bobina desgastándose él.

Prueba

Tras numerosas pruebas con éxito en el laboratorio, decido probarlo en un entorno ideal: La playa. Como hay algo de bullicio (a pesar de estas fechas invernales) decido usar los auriculares en vez del altavoz. 

Un juguete bastante divertido y útil...



El vídeo

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Circuitos Útiles. 07. Radio y Amplificador 3.5W con VÁLVULA de vacío PCL82

March 27, 2015, 8:57 am

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ÍNDICE

Cómo funciona una válvula termoiónica
Esquema electrónico general
Diagrama de conexiones
Lista de componentes
   Caja
   Circuito
   Anexos
Antes de lanzarse... prueba en protoboard
Construcción
   Caja
   Frontal
   Tapa trasera
   Laterales
   Una radio con sólo cuatro componentes
   Hacer el circuito
   Conectar todos los elementos entre sí
Equipo terminado
El vídeo





Los semiconductores vencieron a las válvulas de vacío, por algo será...

Pero éstas válvulas se resisten a desaparecer. De hecho, a día de hoy, aún se siguen utilizando en algunas aplicaciones, como rayos X, tubos de imagen, emisoras, radar...

El dispositivo que genera las microondas en nuestros hornos domésticos es un magnetrón que es... una válvula de vacío.

En el mundo del audio hay una legión de incondicionales, casi fanáticos de las válvulas frente a los semiconductores. Argumentan que el sonido obtenido mediante válvulas tiene una cualidad que no posee el generado con semiconductores. Por eso, hay toda una industria que gira en torno a las válvulas, y en lo que respecta al audio, no me extrañaría que tuvieran un resurgir.

Sea como sea, tenía interés en materializar algún proyecto basado en válvulas de vacío, mejor si es algo práctico, no solamente que tuviera una componente educativa o de bricolaje sino que también sirva para ser usado en el día a día. Creo que este proyecto sirve: Un amplificador de audio de 3.5W al que se le puede conectar cualquier fuente de sonido (teléfono móvil, MP3, equipo musical, CD...)

3.5W es una potencia modesta, pero es más que suficiente para escuchar a buen volumen en una estancia.

Una cosa opcional (que yo sí voy a hacer) es añadir a este amplificador tan sólo cuatro componentes más, y tendremos una función extra: Escuchar a través de él la radio. Hablo de una radio galena. Ya sabemos que este tipo de radio es muy básica y no capta muchas emisoras, aunque las que capta se escuchan perfectamente, y por cuatro componentes qué más quieres...


ADVERTENCIA: Este circuito manipula tensiones de 220v que pueden ser letales en caso de manejo inadecuado. El circuito del amplificador no tiene separación de red, por lo que cualquier punto (incluso masa) puede estar sometido a 220v. Sólo el circuito de la radio y el del filamento de la válvula están aislados de la red y no tienen tensiones peligrosas.



Cómo funciona una válvula termoiónica

Amplificador de audio de 3.5w con válvula PCL82

En nuestro caso, con la válvula PCL82 hablamos de dos válvulas (y no una) en un mismo tubo. Es la típica configuración: Un triodo, que actuará como preamplificador, y un pentodo, que actuará como amplificador de potencia, de salida.

En el esquema anterior, a la izquierda, vemos la entrada de la señal que se va a amplificar, y pasa a través de un potenciómetro de volumen. En El triodo, que está marcado como (1/2 PCL82), se establece una tensión de casi 200v entre su electrodos cátodo y ánodo, patillas 8 y 9 respectivamente. Como estos electrodos están separados y en el interior de la válvula hay alto vacío, no hay corriente.

La cosa cambia cuando se aplican 16v en las patillas 4 y 5 (filamento) que caldean el cátodo (8) y se produce el fenómeno termoiónico o efecto Edison: Los electrones del material del cátodo abandonan a sus átomos y quedan "levitando" en sus inmediaciones. Ahora estos electrones sí se precipitarán hacia el ánodo o placa (9) respondiendo a la fuerte atracción debido a los 180v de tensión positiva: Se establece una corriente eléctrica desde el cátodo hacia el ánodo. Como en el interior de la válvula no hay aire sino vacío, la corriente no tiene freno.

A todo esto, la rejilla de control (1) está situada en medio de cátodo y ánodo. Si no la polarizamos, no tendrá efecto alguno en los electrones que pasarán a su través. Pero si la polarizamos negativamente respecto del cátodo, frenaremos a esos electrones pudiendo incluso llegar a bloquearlos.

Hay un detalle muy importante que es la clave de porqué se produce amplificación en la válvula: La influencia de un campo eléctrico depende 
-entre otros factores- de:

1) Intensidad del campo eléctrico entre dos puntos
2) Distancia entre dichos puntos

Es decir, si ponemos dos electrodos muy cerca, con poco voltaje podemos tener la misma (o incluso mayor) influencia que poniéndolos lejos aún con mucho voltaje.

Y así se hace en la válvula: Cátodo (8) y rejilla (1) están muy próximos, de modo que pequeñas variaciones de tensión en la rejilla provocan grandes variaciones de intensidad cátodo-ánodo: Ya tenemos efecto amplificador.

El factor de amplificación típico de la parte triodo de una PCL82 es de 50, lo que significa que la señal de entrada será 50 veces mayor a la salida. Por ejemplo, si la señal de entrada tiene una amplitud de 1 milivoltio, la salida tendrá 50 milivoltios.

Esa señal amplificada por el triodo se reconduce a la rejilla (3) de la segunda válvula pentodo, la marcada como (2/2 PCL82), a través de C3 y R4 y es sometida a una nueva amplificación, porque el pentodo se comporta básicamente como el triodo, sólo que trabaja con potencias mayores y está dotado de dos electrodos más: Rejilla pantalla y rejilla supresora (terminal 7) que sirven para solucionar problemas que no ocurren en el triodo, de menos potencia.

El factor de amplificación del pentodo en esta válvula también es de 50 aproximadamente. La amplificación conjunta de triodo + pentodo no es la suma de ambos factores sino la multiplicación, que vemos resulta ser de 2500. Una señal de entrada de 10 milivoltios sale de la PCL82 con un nivel de 25 voltios. No está mal...

Las patillas 4 y 5 del filamento también calientan el cátodo del pentodo.

Finalmente, de la placa del pentodo (terminal 6) se extrae esa señal amplificada y se lleva al típico transformador para adaptar la impedancia a los altavoces que necesitan menos tensión pero más intensidad.


Esquema electrónico general

RADIO

Arriba, a la izquierda, está el circuito de la radio formado por L1, C1, D1 y T3

Esta radio no necesita alimentación, obtiene la energía de las ondas electromagnéticas que le llegan a la antena desde la emisora, por eso su nivel de señal es muy bajo y sólo da para mover unos auriculares. Pero esa señal será amplificada por la válvula y será capaz de accionar un altavoz.

Dos cosas que decir sobre la radio:

1) En esta radio debe usarse una toma de tierra de calidad. Vamos a hacer una simplificación para ahorrarnos sacar un cable con ese propósito: El cable de corriente de 220v para un equipo musical como este no suele llevar toma de tierra. Nosotros sí lo vamos a usar con toma de tierra. De este modo, con un sólo cable hacemos dos funciones: Suministrar 220v al amplificador, y ofrecer una toma de tierra excelente a la radio.

2) El transformador T3 era necesario para hacer funcionar esta radio con auriculares, pues la radio es de alta impedancia y los auriculares de baja. Como en este caso no vamos a conectar la radio a unos auriculares sino a una válvula, que también es de alta impedancia, lo inmediato es pensar: "Ya no hace falta el transformador"

Y así lo hice... y saltó el diferencial de casa.

¿Porqué? Pues es importante ser consciente de que en el amplificador no hay separación de red: Aunque se usa un transformador (T1) para alimentarlo, la toma se saca del terminal de 125 voltios del primario. Como la radio está conectada a tierra, la derivación hace que salte el diferencial.

Esto lo solucionamos usando otra vez el transformador T3 para que actúe como separador de la red, pero esta vez invirtiendo los bobinados respecto del uso con auriculares. Es decir, lo usaremos como transformador elevador de tensión. La intensidad de la señal que se aplicará a la válvula será muy pequeña, pero no importa: La válvula, en la rejilla del triodo (patilla 1) necesita tensión, no intensidad, porque es, como la radio, de alta impedancia.


FUENTE DE ALIMENTACIÓN

En la parte baja del esquema, están las dos fuentes.

Tras la entrada con los elementos típicos (fusible, interruptor, piloto de neón) tenemos el transformador T1 que suministra las dos tensiones necesarias:

1) El positivo de media tensión para los dos ánodos de la válvula. Este es un inconveniente de las válvulas, incluso para pequeñas potencias necesitamos tensiones más elevadas que con los semiconductores. En nuestro caso, para la PCL82, unos 170-180 voltios. Los obtenemos rectificando la salida de 125V del primario del transformador. Cuando se rectifica (P1) una tensión alterna, ésta sube en un factor de raíz de dos (1.4142), por lo que los 125 voltios se nos van a 170-180. Debe ponerse un buen condensador (o dos, c6 y c7) para filtrar bien esa tensión evitando zumbidos de 50Hz en el audio.

2) La tensión de filamento para el caldeo de la válvula, entre 15.5 y 16 voltios. Esta tensión deberá ser muy estable o la válvula correrá serio peligro de inutilizarse.

Aprovechamos el mismo transformador T1, pero esta vez desde su secundario de 24v. Esa tensión se rectifica (P2), se filtra (C8) y se aplica al regulador de tensión de 18v (IC1). Para bajar la tensión a 16v usaremos tres diodos rectificadores tipo BY127 o similar polarizados directamente (D2, D3 y D4). Cada diodo introduce una caída de tensión de 0.7v, por lo que la tensión de 18v caerá a un valor de 15.6 - 16 voltios.

Puede ser interesante intercalar una resistencia NTC para ahorrar al filamento de la válvula el golpe de corriente inicial. Las resistencias NTC tienen alta resistencia en frío, y a medida que se calientan conducen más. Esta es una forma de, cuando encendemos el equipo, hacer llegar la tensión al filamento de forma progresiva y no brusca: La válvula tendrá una vida más larga.


AMPLIFICADOR

El verdadero y único componente amplificador de este circuito es la válvula PCL82. Se trata de una doble válvula, todo en una pieza: Un triodo, que usaremos como preamplificador, y un pentodo, como etapa de potencia, que tomará la señal de la salida del triodo y la volverá a amplificar. Todos los demás componentes son auxiliares de ésta válvula.


Veamos las funciones de cada uno de sus nueve terminales. No los pongo en orden numérico sino funcional, pero antes, con esta imagen de la izquierda, vamos a aclarar el orden de esos terminales en el zócalo.








8) Cátodo del triodo. Emite electrones por el efecto Edison al ser calentado. Es el equivalente al emisor en un transistor NPN

9) Ánodo (placa) del triodo: Su tensión positiva elevada (180v) atrae a los electrones liberados por 8). Equivale al colector de un transistor NPN

1) Rejilla del triodo: Está interpuesta entre 8) y 9). Recibe la señal a amplificar. La corriente de electrones que fluye del cátodo (8) hacia el ánodo (9) es regulada por la tensión presente en esta rejilla. Se puede hacer una analogía con un transistor NPN y pensar que este electrodo "rejilla" es el terminal "base".

2) Misma función que 8) pero éste es el cátodo del pentodo.

6) Misma función que 9), este es el ánodo del pentodo

3) Misma función que 1), esta es la rejilla del pentodo

4) y 5) El filamento común para calentar ambos cátodos. Funciona con 16v, puede ser alterna o continua. He elegido continua porque es más fácil de regular y estabilizar. La intensidad que circula por el filamento es de 300 mA, dato que hay que tener en cuenta para elegir el tamaño (potencia) de T1. Aconsejo un mínimo de 400 mA para el secundario de T1.

7) Rejilla pantalla: Mejora las prestaciones respecto de un triodo


Las válvulas siempre van insertadas en un zócalo, en este caso de tipo cerámico, que soportan mejor el calor


Otros componentes a ser mencionados:

T2, el transformador de audio, está trabajando como adaptador de impedancias. La válvula trabaja con tensiones de 180v, pero a intensidad reducida (unos 30-40 mA). Un altavoz necesita menos tensión pero más intensidad. Ese es el papel de T2: Reducir la tensión pero a costa de aumentar la intensidad. Aquí se debería utilizar un transformador específico para audio, no de alimentación, pero son difíciles de encontrar y nada baratos. Uno común de alimentación no es exactamente igual, pero sirve perfectamente.

Este transformador T2 deberá ser con toma central de 125v en el primario, y en cuanto a su potencia, tengamos en cuenta que este amplificador es de 3.5w. Si la salida del transformador es de 24v, para que vaya un poco desahogado, el secundario debería de ser para unos 300 mA como mínimo. Recordemos que Potencia = Voltios x Intensidad.

El pequeño cúmulo de resistencias y condensadores adosados a la válvula tiene la misión de polarizar correctamente cada uno de los pines de dicha válvula.



Diagrama de conexiones

Diagrama de conexiones

Acompaño este dibujo para visualizar mejor el interconexionado de todos los componentes. Los cables dibujados más gruesos y sombreados son del tipo apantallado (malla y vivo), este cable previene la captación indeseada de parásitos (señales exteriores que se inducen en los cables produciendo ruido en el audio). El resto de los cables pueden ser del tipo común de conexión aunque aconsejo el cable basado en silicona, bastante resistente al calor y muy flexible y cómodo de trabajar.

Al frontal van adosados: 
- El condensador variable de la radio para buscar emisoras
- Las dos clavijas RCA para entrada de señal
- El selector o conmutador "radio-externo" para elegir fuente de sonido
- El mando de volumen que también lleva el interruptor general

En la parte trasera:
- Entrada de AC 220v (ó 125v)
- Portafusible empotrado

Lateral derecho: Altavoz 5w mínimo y 4 Ohm

Lateral izquierdo: Igual: Altavoz 5w mínimo y 4 Ohm

La bobina de la radio L1 está muy próxima al transformador de impedancia de la radio (T3) pero esto no debe preocuparnos: Este transformador no lleva corriente de la red, sólo la muy débil señal de radio captada, por lo que no se producirá acoplamiento entre ellos.

Lista de componentes

CAJA

- Las seis piezas del dibujo anterior para hacer la caja.

El dibujo habla por sí solo.

El frontal (5) y la parte trasera (6) las he hecho de metacrilato transparente, y la razón está clara, por pura estética, para que se vea el interior. No hay ningún inconveniente en sustituir estas dos piezas por madera de 3-4 mm de grosor. Elijas el material que elijas se debe dejar esta ventana superior sin cubrir para que se ventile el interior: La válvula genera bastante calor.

- Cola blanca y un poco de film de aluminio para apantallar internamente las maderas 1, 2, 3 y 4.

- Ocho tornillos rosca madera, largo 35mm diámetro 4mm para sujetar las piezas 1, 2, 3 y 4.

- Doce tornillos rosca madera, largo 20mm diámetro 4mm para sujetar las piezas 5 y 6.


CIRCUITO

- Circuito pre-impreso de matriz de puntos de 150 x 90 mm
- Válvula de vacío PCL82
- Zócalo cerámico de 9 pines
- 4 conectores de 2 vías
- 1 conectores de 3 vías
- R1 Resistencia 220 Ω
- R2       "        220 Ω 2W
- R3       "        470 KΩ 
- R4       "        220 Ω
- R5       "        180 KΩ
- R6       "        47 KΩ
- R7       "        2K2 (Dos mil doscientos Ω)
- R8       "        100 Ω
- R9       "        1K2 2W (Mil doscientos Ω 2 watios)
(Importante que R2 y R9 sean de dos W. El resto puede ser de 1/2W.
- C1 Condensador variable
- C2        "          electrolítico 100µ 63v
- C3        "          poliester 100n 400v
- C4        "          electrolítico 22µ 400v
- C5        "                  "       220µ 63v
- C6        "                  "       100µ 250v (Mejor que los 47µ en esquema)
- C7        "                  "       100µ 250v (Mejor que los 47µ en esquema)
- D1 Diodo de germanio, por ejemplo: OA85, OA90...
- D2, D3, D4 Rectificadores comunes, como BY127, BY255...
- IC1 Regulador 7818
- L1 Bobina de la radio, ver construcción en apartado "radio" más adelante.


ANEXOS
- CL1, CL2: Clavija RCA hembra para empotrar
- SEL1: Conmutador de dos posiciones
- P1: Potenciómetro 100K Logarítmico con interruptor
- CL3: Base AC con toma de tierra
- CL4: Portafusibles empotrable con fusible de 220v/0.5A
- AV1: Altavoz derecho. Si es único: 5w y 8 Ohm
- AV2: Altavoz izquierdo, opcional: 5w y 4 Ohm (si se opta por poner dos altavoces entonces AV1 también tiene que ser de 4 Ohm y se conectarán ambos en serie para sumar, entre los dos, ocho ohmios.
- Tornillería para sujetar altavoces, transformadores, circuito...




Antes de lanzarse... prueba en protoboard

El prototipo funcionó muy bien en el protoboard, sólo tuve que resolver algunos problemas de zumbidos en la radio: Aumenté la capacidad de C6 y C7 en la fuente del +B para filtrar mejor la tensión y disminuir el zumbido de 50Hz de la red.

También se redujo dicho zumbido conectando no a tierra sino a masa, es decir, al negativo de la fuente, el blindaje interno de aluminio de la caja.

Al contrario de lo que suele suceder en otros montajes incluso más sencillos que éste, funcionó a la primera en protoboard, salvo el problema que acabo de citar de los zumbidos en la radio.




Construcción

CAJA

Las seis piezas para hacer la caja, ya apantalladas

Haremos una caja como hicimos en el vídeo de la estación desoldadora.

Apantallado: Una vez cortadas las maderas a la medida, forraremos con papel de aluminio las piezas 1, 2, 3 y 4, por la cara que vaya por dentro. En las piezas 1 y 3 también forraremos los cantos para que haya contacto eléctrico entre piezas, armando así una especie de jaula de Faraday para minimizar interferencias en el circuito.

Unión: Las maderas (1) y (3) (suelo y techo) son de 1cm de grosor, así que trazamos en las maderas (2) y (4) (paredes, que también son de 1cm de grosor) una línea separada del borde a la mitad del grosor, esto es: a 5 mm. Sobre esa línea, mas o menos a 2 cm de cada borde, hacemos una marca que será donde hagamos un taladro de 3mm, pues los tornillos serán de 4mm. Esto evitará que forcemos la madera al poner el tornillo, al tiempo que asegura una unión resistente y desmontable.


Ahora presentamos suelo (1) y pared izquierda (4), los cuadramos en su sitio bien alineados, y con ayuda de una púa o punzón, a través de los taladros recién hechos en (4), marcamos el lateral del suelo (1). 


Taladramos esas marcas con la misma broca que antes, a profundidad suficiente para albergar el tornillo. Cuidado aquí de mantener paralela la taladradora para evitar que el taladro aflore en la superficie.

Esa unión ya está lista para ser fijada con dos tornillos. Repetimos esta acción en el otro lado de la madera (1) con la madera (2); y también repetimos la acción con la madera techo (3) y la parte superior de (2) y (4).

Ahora debemos montar las cuatro maderas para formar la caja y poder mecanizar las dos piezas que nos faltan: (5) y (6).

Piezas 5 frontal y 6 posterior fijadas

Para fijar el frontal (5) y la parte trasera (6) marcaremos seis taladros en cada una de estas dos piezas, en las esquinas, a 5 mm de cada borde para que el tornillo vaya a parar a la mitad de las maderas (1), (2) y (4). El metacrilato debe ser taladrado a un diámetro de 4mm y no de 3mm, ya que la madera cede pero el metacrilato no. Hechos los taladros en (5) y (6) volvemos a poner la broca de 3mm y presentamos las piezas (5) y (6) y marcamos las maderas (1), (2) y (4) a través de los taladros recién hechos. Hacemos los taladros en (1), (2) y (4) con la misma precaución de no sacar la broca por un lateral.

Esta unión de las piezas (5) y (6) con la caja hace la función de escuadra, dando mayor rigidez y consistencia a la caja.

Podemos terminar de armar la caja atornillando las piezas (5) y (6) para ver si queda bien. No apretar en exceso los tornillos. Una vez comprobada la caja, debemos desmontarla para proseguir con el montaje, pues cada una de las piezas (excepto la (3)) tienen un mecanizado que hacer:


FRONTAL

En esta pieza van fijados cuatro accesorios:

- C1, el condensador variable de la radio, para buscar emisoras

- CL1 y CL2: Las clavijas RCA para entrada de señal a amplificar. El equipo que conectemos será estéreo casi seguro, pero este ampli es mono, así que, para no perder la información de un canal uniremos ambas masas y ambos vivos. Esto es un procedimiento estándar y no supone ningún problema para el equipo conectado.

- SEL1: El conmutador de 1 circuito (3 pines) para elegir "radio" o "source", siendo "source" cualquier dispositivo conectado a las clavijas RCA de entrada, por ejemplo, un móvil conectado mediante su salida de auriculares.

- P1/S1: El potenciómetro de volumen, que lleva incorporado el interruptor

Estos cuatro accesorios (excepto C1) van fijados igual: Se hace un taladro del diámetro adecuado en (5) y se fijan con su tuerca plana. No tiene mucho sentido que diga el diámetro de cada accesorio, pues seguro que los que uséis vosotros tendrán un diámetro distinto, dependiendo del fabricante, país, etc.

Tanto el condensador variable C1 como el potenciómetro P1 tienen un mando excesivamente largo, y habrá que cortarlos con una sierra, y a ambos se les pondrá un botón embellecedor.

Es buena idea soldar ahora los cables (al largo adecuado) a los tres accesorios según la foto a la derecha, aprovechando que están accesibles. 

La conexión (cable) del potenciómetro hacia el circuito se hará más tarde, justo antes de cerrar el equipo. Usaremos cable apantallado, vivo y malla, para la señal donde sea necesario (ver diagrama); y cable normal para C1 y S1.



TAPA TRASERA

Sólo dos accesorios, mecanizado mas sencillo que el frontal:

- Base AC 220v. Con una sierra de marquetería o la herramienta de nuestra preferencia haremos un orificio que permita la entrada de la base. También habrá que hacer dos pequeños taladros para fijar la base con tornillo y tuerca.

- El portafusibles: Haremos un taladro y lo fijamos con su tuerca. El fusible es de 0.5A


LATERALES

Las piezas de madera (2) y (4) son los laterales que albergarán los altavoces.

Hay que tener cuidado dónde se marca la posición del altavoz y no cometer errores típicos como:

- No tener en cuenta que estas maderas (2) y (4) van por fuera de (1) y (3) así que el primer centímetro tanto de arriba como de abajo no está disponible.

- No tener en cuenta la ubicación de otros componentes

Una buena posición es mas o menos centrada tanto vertical como horizontalmente. Como plantilla puede servirnos el propio altavoz. Los altavoces suelen tener orejetas, por lo que su fijación con tornillos no supone ningún problema.



Hay que hacer algún tipo de taladro en estas maderas para permitir salir al sonido. Al final decidí hacer una rejilla o matriz de taladros muy juntos, con la forma y tamaño de los altavoces. 

Para que esta rejilla salga bien alineada hay que marcar con un granete o punzón cada taladro: Así evitamos que la broca resbale.

Los taladros son a 5-6 mm diámetro.

El resultado, una vez hechos los taladros:

Una radio con sólo cuatro componentes

Como ya dije antes, por sólo cuatro componentes, merece la pena dotar de esta característica al amplificador aunque sólo captemos una, dos o tres emisoras. En la parte superior izquierda del esquema electrónico vemos la parte correspondiente a esta radio.


No cuesta mucho interconectar esto, así que probaré la radio por separado. Si es capaz de mover unos auriculares también "moverá" a la válvula PCL82, pero con una salvedad: Para hacer una prueba previa con auriculares debemos invertir el transformador T3 respecto de como está en el esquema para que funcione como transformador reductor (o los auriculares no sonarán). Luego, en el montaje definitivo debemos poner T3 como está en el esquema, es decir, como elevador: El bobinado de 220 dirigido hacia la válvula.




Pruebo la radio, con su toma de tierra (de un enchufe de 220v) y su antena (un cable de un par de metros) y funciona. Capta 3 emisoras de AM.

Condensador variable (C1 en el esquema) para la radio

Sobre el condensador C1 (foto a la izquierda) diré que lo elegí de entre muchos otros por la amplia horquilla de su capacidad mínima (15pf) y máxima (305pf). No todos los condensadores variables ofrecen la misma variación de capacidad, y debemos elegir aquél que mayor variación tenga, pues eso significa una opción a escudriñar mas frecuencias, lo que significa poder captar más emisoras.




La bobina L1 la haremos nosotros mismos con un tubo de material aislante como un trozo de PVC de diámetro 25mm y largo 100mm.

Arrollamos sobre este tubo 170 vueltas de cobre esmaltado de 0,35mm de diámetro, fijando el inicio y el final del bobinado para que no se suelte. Una goma elástica en cada extremo servirán para ese fin. Un poco de pegamento o cera derretida sobre el bobinado harán el resto. Ambos extremos del hilo deben ser lijados para eliminar el esmalte aislante, o no soldará bien.




La bobina la fijamos en una esquina, según el diagrama.

El diodo D1 debe ser de germanio, no de silicio. En principio vale cualquier tipo. Ejemplos: OA79, OA85, OA90, OA95, 1N34...











Y el cuarto componente, el transformador de impedancia T3 que fijaremos a la madera con dos tornillos a través de sus orejetas.












Por cierto, en la foto anterior se ve una conexión en el secundario:

El fabricante permite varias configuraciones en dicho secundario según el esquema que viene en el envoltorio del mismo. Aquí se utiliza la 4ª opción (24V 0.2A).







HACER EL CIRCUITO

Éste, probablemente, será el último circuito que haré con el método de usar placas pre-impresas. Me gustaría hacer los PCB con métodos más avanzados que ofrecen mejores acabados y más facilidades a la hora de cualquier reparación. Habrá tuto sobre ello en el Tutorial de Electrónica Básica, y creo que pronto.

Así que, como de costumbre, elijo un tamaño de placa adecuado para contener la válvula y sus componentes asociados, incluyendo los componentes de la fuente. En este circuito impreso no van los componentes voluminosos y/o pesados como los tres transformadores, bobina L1 (van sujetos en la madera (1)) y los anexos que van en el frontal y parte trasera de la caja. Las medidas de esta placa son de 150 x 90 mm.

Habréis observado que en este montaje no me he dejado llevar por la fiebre de la miniaturización. Las características de un equipo a válvulas así lo exige por la disipación de calor, las tensiones elevadas y la interacción indeseable entre algunos componentes si están muy próximos entre sí.

Si la placa no tiene taladros en las esquinas, se los hacemos (diámetro 4mm), servirán para fijarla a la caja.

Insertamos el zócalo de la válvula 

Nota: El zócalo no va insertado en el circuito como otro componente más. Hay numerosas razones que lo impiden:

1) Sus pines pueden ser bastante gruesos

2) No observan la distancia homologada entre pines, así que no coinciden.

3) Los pines, que estarán en contacto con la válvula, se calientan, y terminarían por tostar el circuito impreso.

4) La unión del zócalo al circuito mediante dos tornillos y tuercas ofrece mayor resistencia mecánica que la soldadura de sus pines (aunque se trate de 9 pines). A la hora de poner o extraer la válvula en el zócalo se ejerce una presión significativa.

Por eso, para sujetar el zócalo, haremos un taladro al diámetro adecuado según el zócalo (aún siendo del mismo tipo, el diámetro del zócalo puede variar según el fabricante), y lo empotraremos en el circuito. También haremos otros dos taladros mas pequeños para los tornillos que lo sujetarán. Una foto aclarará esto:



...y alrededor del zócalo, vamos colocando el resto de componentes. La disposición de los componentes y su cableado lo tenéis en el diagrama.

Circuito impreso con los componentes, incluida válvula PCL82 y los cinco conectores, con anotación de su función

Por debajo, el circuito tiene esta vista, pongo varias fotos:

FIJAR CIRCUITO EN LA CAJA


Colocamos el circuito en la madera (1) teniendo en cuenta la ubicación del resto de componentes (transformadores, bobina,...). Usaré cuatro separadores de plástico para que el circuito quede separado a 10-15 mm por encima de la madera. Con cuatro tornillos lo fijamos a la madera.



Mas o menos siguiendo la posición designada en el diagrama, fijamos con tornillos los otros dos transformadores: T1 alimentación y T2 salida de audio.

Ya va quedando menos...


CONECTAR TODOS LOS ELEMENTOS ENTRE SÍ

Es el momento de poner todos los cables en sus conectores y dispositivos correspondientes. Una vez más, el diagrama nos ayudará.

Equipo terminado


Y aquí, una vista del equipo terminado. 

Funciona tal y como se esperaba....


Recibe (en mi zona) hasta tres emisoras de AM. La radio no suena muy fuerte, pero se oye perfectamente si el ambiente no es ruidoso y sin apenas zumbidos.

El dispositivo a conectar en las entradas RCA: He probado con un teléfono móvil, suena a un volumen bastante más alto que la radio y con buena claridad. Parece que el empeño en evitar zumbidos ha funcionado.

Un gadget con el que practicar electrónica y que nos será útil.



El vídeo

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