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Tutorial Electrónica Básica. 15. Circuitos impresos (I)

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ÍNDICE

Los inicios del circuito impreso
Tipos de circuito impreso
A cada cosa por su nombre: Partes de un circuito impreso
Técnicas de elaboración de circuitos impresos
Normas del buen electrónico para hacer circuitos impresos
Método I, el circuito pre-impreso
    Que se puede hacer con éste método
    Material y herramientas
    Método (Con ejemplo: Amplificador audio 3.5W)
        Partimos de esquema, y a veces, también de un diagrama
        Soldar terminales a los pads
        Aprovechar los terminales que se puedan usar
        Cortar terminales restantes
        Hacer puentes de alambre, sencillos (rectos) o con formas
        Unir con cable
Método II, el rotulador
    Que se puede hacer con éste método
    Dos variantes: Circuito "basto"... y no tan basto
    Material y herramientas
    Método (Con ejemplo: PCB para afinador en nota "LA" a 440 Hz)
        Partimos de esquema
        Esbozo o diagrama grosero: Situar componentes y trazar pistas.
        Pasamos diagrama a papel transparente a 1/10 de pulgada
        Preparativos del PCB (Cortar, limpiar)
        Adosamos diagrama a PCB, marcar taladros con punzon
        Retiramos diagrama.
        Dibujamos con rotulador: Los pads, pistas y anotaciones
        Preparamos atacador para el cobre
        Someter PCB al baño atacador
        Sacar PCB del baño atacador, aclarar con agua, secar
        Retirar las líneas de rotulador. El cobre queda a la vista
        Taladrar los pads y las cuatro esquinas
        Test: Medir continuidad
        Serigrafiado casero
El vídeo


Con éste capítulo del tutorial de electrónica básica abordaremos el asunto de fabricarnos nuestros propios circuitos impresos, a la medida, y así poder hacer realidad nuestros proyectos electrónicos. Soy consciente de que el mayor freno a la hora de hacer un dispositivo electrónico, incluso uno pequeño, es la relativa dificultad de construir un circuito impreso, especialmente para aquéllas personas que empiezan.

Por cierto, en adelante, usaré a menudo la abreviatura "PCB" para referirme a un circuito impreso, del inglés: "Printed Circuit Board", algo así como "Panel de circuito impreso".

La materia a ver en este capítulo es bastante, los métodos a nuestro alcance para hacer los circuitos impresos también son numerosos: Al menos cinco. Por eso, dividiré este tema de los PCB en varios vídeos:

1) El presente, correspondiente a este vídeo y a esta entrada del blog, capítulo 15, en donde trataré de los siguientes temas:

- Introducción a los PCB (común a todos los métodos de hacer PCB)
- Método del circuito pre-impreso
- Método del rotulador

Y cuatro vídeos más:

2) Uso de software EDA (Electronic Design Automation) para hacer PCB 
3) Método de la plancha 
4) Insoladora casera
5) Método de la insoladora





Los inicios del circuito impreso

Todo circuito electrónico necesita tener conectados entre sí a sus componentes. No siempre ha existido el circuito impreso. Los primeros circuitos se hacían conectando de forma aérea los componentes y usando regletas ancladas en el chasis. Muy poco se parecen los circuitos de entonces a los actuales. Juzgar vosotros mismos en esta foto de un equipo antiguo:


[Fig.1] Así se hacían los circuitos antes del circuito impreso.

A primeros del siglo XX ya se hicieron experimentos con la idea de hacer cosas planas en electrónica, incluyendo a Thomas Edison que estuvo probando la forma de "imprimir" conductores eléctricos en papel usando productos químicos. Tuvieron que pasar más de 50 años para que, por los años 1960, la electrónica de consumo comenzara a utilizar los circuitos impresos.

Un circuito impreso es una plancha de material aislante que tiene dibujadas o impresas unas pistas de cobre (equivalentes a cables). En estas pistas van soldados los terminales de los componentes quedando fijados mecánicamente y también conectados eléctricamente.

Los PCB se venden con un recubrimiento de cobre que ocupa toda la superficie. Es lo que se llama un PCB virgen. Nuestro trabajo será precisamente eliminar el cobre no deseado, y el cobre no eliminado resultante formará las pistas, o sea, el circuito.
[Fig 2] 1: PCB virgen, lado del cobre.  2: Lado componentes. 3: Lado del cobre, PCB terminada


















Tipos de circuito impreso

Nosotros, de momento, nos vamos a centrar en un tipo de circuito impreso, el más sencillo, que consiste en una sola capa. En cuanto al tipo de montaje de componentes, usaremos el "through hole", es decir, componentes a un lado, soldaduras al otro. Tampoco tiene mucha dificultad hacer algo tipo SMD si se trata de componentes "grandes" como resistencias y/o condensadores o incluso algún transistor SMD y seguramente lo haremos en algún montaje para miniaturizar.

No obstante, no está de más ver los los distintos tipos de PCB aunque no tengamos pensado usarlos de momento:


a) Según el material con que esté hecho el panel.

El PCB debe tener varias características deseables como: No ser combustible, tener buen poder aislante, soportar temperatura... 

Existen los tipos FR1, FR2,... hasta FR6 y también están los tipos CEM-1 hasta CEM-5, aunque los tipos que habitualmente vamos a encontrar son FR2 (baquelita) y FR4 (fibra de vidrio). En principio, a nosotros nos vale cualquiera de estos tipos, pero el más recomendable es el FR4 fibra de vidrio, por las siguientes razones:

- Más resistencia mecánica
- No le afecta la humedad, a la baquelita sí
- La baquelita no debe usarse para aplicaciones de alta frecuencia
- La fibra de vidrio no arde, la baquelita sí

Alguna desventaja tenía que tener la fibra de vidrio frente a la baquelita:

- Es algo más cara
- Desgasta antes las herramientas (es más dura), sobretodo las brocas a la hora de hacer los taladros para los terminales de los componentes. Pero bueno, para eso están las brocas de cobalto, que no cuestan mucho más que las "normales" y yo he taladrado con ellas macizos de hierro de 1 cm de espesor como si fuera mantequilla...


b) Según el número de capas.

b1) El caso más sencillo es cuando hay cobre sólo en un lado:


[Fig 3] PCB de una sóla cara: 1: Lado componentes (sin cobre). 2: Lado pistas

b2) También es bastante común el circuito de doble cara: Hay pistas de cobre y componentes en ambos lados del PCB. A nivel de aficionado es más complejo, pero este sistema permite miniaturizar bastante los circuitos. Hay conexiones entre una cara y la otra mediante agujeros que comunican eléctricamente las pistas de ambas caras. Normalmente este tipo de PCB viene asociado con tecnología SMD, lo que permite hacer aún más pequeños los circuitos.


[Fig 4] PCB de doble cara. 1: Un lado con componentes y pistas.
2: El otro lado... también con componentes y pistas

b3) Y más difícil todavía, los circuitos multicapa. Varios paneles (pueden llegar a ser más de 20) adosados uno sobre otro formando un único panel. Cada uno de ellos tiene su propio circuito de pistas, y mediante agujeros conductores (llamados vías) se comunican las placas entre sí. A veces estos agujeros son visibles, pero otras veces no son visibles desde el exterior porque comunican capas internas. Es una tecnología bastante compleja que ha permitido miniaturizar los equipos de forma espectacular:



[Fig 5] Vías en un PCB multicapa

c) Según el montaje de los componentes

c1) El más sencillo, el denominado "through hole" (a través del agujero), usando componentes clásicos, esto es, con terminales, que se introducen a través de taladros que haremos en el PCB. El componente queda a un lado del PCB (el lado que no lleva cobre) y el terminal quedará en el lado del cobre, para ser soldado. El circuito de la fig.3 es de este tipo.

c2) SMD (Surface Mounted Device) o Dispositivo montado en superficie. Los componentes SMD no tienen terminales en forma de alambre, sino unas reducidas pestañas para ser soldados directamente en la cara del PCB que tiene el cobre: No hacen falta taladros, todo va en una cara (excepto si el circuito es de doble cara o multicapa, lo que es bastante probable).

Este tipo de montaje permite reducir considerablemente el tamaño de los circuitos pero ofrece más dificultad al aficionado debido al pequeño tamaño de los componentes y también porque las pistas de cobre a menudo son muy finas y van muy juntas entre sí.

Claro que, decir SMD es mucho decir: Mientras que un circuito integrado SMD de última generación es casi terreno vedado para un aficionado por su gran densidad de terminales, otros componentes SMD no ofrecen mucha complicación y aún un aficionado puede trabajar con ellos, es el caso de resistencias, condensadores, diodos, transistores y algún integrado que otro, pero especialmente resistencias y condensadores.

Haremos algún circuito utilizando estos componentes SMD para conocer la ventaja que ofrecen en cuanto a miniaturización.

Paradójicamente, a los robots industriales que montan circuitos, les resulta más sencillo y económico este sistema SMD que el anterior de through hole, aparentemente más sencillo.

El circuito de la anterior fig.4 hace uso intensivo del montaje tipo SMD.

[Fig 6] Comparación de tamaño: Resistencias "through-hole" VS resistencia SMD




A cada cosa por su nombre: Partes de un circuito impreso

Utilizaré los nombres estándar para referirme a las partes de un circuito impreso, citando también la palabra inglesa. A veces se utiliza tanto (o más) la palabra inglesa como la española:

Circuito impreso / PCB (Printed Circuit Board) Placa de material aislante (puede ser de muchos tipos) donde poner los componentes de un circuito y conectarlos entre sí.

Pista / Track Cada uno de los conductores de cobre en el circuito impreso.

Isla / Pad Círculos de cobre, normalmente con un pequeño taladro en su parte central, para pasar los terminales de los componentes donde serán soldados. Lo más frecuente es que una pista termine en un pad (a veces no es así: Una pista puede terminar... en otra pista).

Puente / Jumper Trozo de hilo conductor (cobre o alambre) utilizado para pasar una pista por el lado de los componentes.

Vía / Via Son pads con la particularidad de que su interior es conductor y comunican distintas capas de circuitos multicapa.

Capa / Layout En circuitos multicapa, cada superficie recibe ese nombre.

Serigrafía / Silk screen printing, serigraphy Suele referirse a las inscripciones que se hacen en un PCB (normalmente por el lado de los componentes y en color blanco) que consisten en la silueta de los componentes así como información relativa a los mismos. Ayuda mucho en el montaje y reparación de circuitos, y hace una gran diferencia entre un acabado profesional o no-profesional. Lamentablemente no es una tarea fácil para un aficionado ni siquiera usando software EDA

Personalmente, la serigrafía en un PCB me resulta un recurso muy útil a la vez que atractivo.


[Fig 7] Partes esenciales de un PCB



Técnicas de elaboración de circuitos impresos

Con esto me refiero a técnicas que están al alcance de un aficionado, porque técnicas, haber, hay bastantes más, sobretodo en la industria. Las enumeraré y definiré brevemente. Después, trataremos sobre cada una de ellas. Las dos primeras técnicas las veremos en este vídeo y blog. Las restantes serán motivo de otros vídeos:

Métodos:

1) Método del Circuito pre-impreso: Con PCB que viene de fábrica con un patrón de pistas pre-impreso (tiras o puntos). Sólo hay que situar los componentes en el PCB, soldar, a veces añadiendo cables, y listo.

- Ventajas: Rápido, el más barato, fácil, no usa químicos, no hay que taladrar.

- Desventajas: Sólo para circuitos pequeños, hay que usar cables o alambres para unir algunos componentes, cierta dificultad para repararlo, el acabado no es vistoso por el lado del cobre.


2) Método del rotulador: Partimos de un PCB virgen con cobre cubriendo toda una cara. Hacemos el dibujo del diseño del PCB (a mano o con software EDA). Dibujamos ese diseño en el cobre del PCB, atacamos con ácido el PCB, lo lavamos, y se hacen los taladros.

- Ventajas: Si no se dispone de software EDA, es una opción mejor que la anterior. Se pueden hacer circuitos bastante más complejos (depende mucho de la habilidad manual de cada uno). Es un método económico: No hace falta impresora láser, ni plancha ni insoladora: Sólo un rotulador, herramientas sencillas y dos productos químicos comunes.

- Desventajas: El acabado, aunque aceptable, no es tan bueno como los tres métodos siguientes. No es apto para circuitos de gran densidad (salvo que seas un picasso del rotulador).


3) Planchado (térmico): Igualmente partimos de una PCB virgen. Hacemos el diseño del PCB con una aplicación informática EDA. Imprimimos el diseño en papel fotográfico con una impresora láser (no vale inyección). Ponemos el papel en el PCB. Transferimos el toner desde el papel al PCB usando calor (plancha de la ropa). A partir de aquí, igual que el anterior método del rotulador: atacamos con ácido el PCB, lo lavamos y hacemos los taladros.

Es el método más utilizado por su buena relación calidad/dificultad/precio, y es bastante nuevo, pues está basado en una impresora láser que lleva mucho menos tiempo entre nosotros que una insoladora.

- Ventajas: Puede proporcionar un acabado bastante bueno. Apto para circuitos de mucha densidad de componentes. Aquí se pueden explotar los beneficios de la tecnología EDA.

- Desventajas: Prácticamente ninguna, pero al parecer puede presentarse alguna dificultad a la hora de transferir correctamente el toner cuando se aplica el planchado. Cuestión de practicar...


4) Insoladora (técnicas fotográficas): Partimos de una PCB virgen, pero ésta tiene que ser del tipo impresionable mediante luz ultravioleta. Se hace el diseño del PCB, normalmente con software EDA, pero también se puede hacer con rotulador en un papel (transparente en ambos casos). Se coloca ese papel sobre el PCB y con luz UVA (insoladora) se impresiona el PCB. Se quita el papel y se revela el PCB con líquido revelador. A partir de aquí se procede igual que en los dos métodos anteriores: Atacado con ácido, lavado y taladrado de los orificios.


[Fig 8] Insoladora casera con LED UVA

- Ventajas: Con un buen equipo, materiales, y haciendo bien las cosas, obtenemos un acabado profesional del PCB, que también puede ser de alta densidad de componentes y con pistas muy juntas. Los detalles pequeños, tales como anotaciones, salen muy bien. Si el circuito es pequeño se puede replicar varias veces en el papel y hacer de una vez varios circuitos.


- Desventajas: Necesita práctica y mucha atención, disponer de bastante equipo, además de usar ácidos también se usan álcalis muy corrosivos (sosa caustica) como revelador. 


5) Mediante CNC (Control numérico por computadora): El sueño de más de un aficionado. Puede ser un CNC comercial, pero es mucho más atractivo (y barato) construirlo uno mismo. Básicamente consiste en una taladradora que se hace trabajar como fresadora, y se mueve en las tres dimensiones (adelante-atrás, izquierda-derecha, arriba-abajo) mediante tres motores paso a paso de gran precisión (uno para cada dimensión). 

Estos motores son accionados por un ordenador (a través de circuitos drivers), mediante un programa que convierte el diseño del PCB en datos numéricos.

- Ventajas: Sin duda, el mejor acabado. No se utilizan papeles ni dibujos: Del ordenador al PCB directamente. No hacen falta ácidos ni productos químicos. El taladrado lo hace también el CNC como una operación más. Se puede desperdiciar muy poco cobre según cómo se haga el diseño del PCB. Y se pueden hacer grandes series de circuitos si el CNC es grande, pues hay PCB vírgenes de más de 1 metro cuadrado: Si el circuito es de 200 x 100 mm, cabe 50 veces en un metro cuadrado, y replicando las instrucciones, el CNC hará los 50 circuitos, trabajando él sólo, en una noche.


[Fig 9] CNC en plena faena
- Desventajas: Está claro que este sistema no es el más barato ni sencillo. Teniendo en cuenta que el espesor del cobre es de unas micras, y el propio PCB tiene unos 1.5 mm de espesor, la fresadora debe ser controlada con precisión, y sus guías también deben estar sumamente niveladas, rectas, sin la más mínima holgura... una máquina relativamente grande con apariencia "basta" pero que debe tener una precisión y la exquisitez mecánica de un reloj suizo.




Normas del buen electrónico para hacer circuitos impresos

Exceptuando el primer método del circuito pre-impreso, en que no todas estas normas son aplicables, en los demás métodos es conveniente observar una serie de normas o buenas prácticas al diseñar el PCB. Deberíamos grabar en nuestra memoria lo siguiente:

1) Dejar margen entre pistas y borde del PCB, al menos 5mm


[Fig 10] Márgenes

Necesitamos ese margen, al menos en las esquinas, para hacer un taladro en cada una y poder fijar el PCB con tornillos. Esos taladros de fijación suelen ser a 3-4 mm de diámetro.




2) No hacer ángulos agudos en las pistas


[Fig 11] Evitar hacer pistas con ángulos agudos

Será más probable que en la fase de atacado con ácido se produzca una interrupción en la pista si ésta contiene ángulos agudos. Es mejor un ángulo obtuso, por ejemplo: Para girar 90º es preferible hacer dos ángulos de 135º (o una curva) en lugar de uno de 90º. 



También se deben evitar los ángulos agudos en las pistas porque tendrían un comportamiento inductivo (que normalmente no se desea) especialmente si por esa pista circula una corriente de frecuencia alta.

Los cambios de dirección en las pistas también pueden ser curvas.

Y cuando haya que hacer una intersección a 90º, la reforzaremos según fig 11


3) Si la corriente que transporta una pista va a tener una frecuencia de más de 1 Mhz, la norma 2 anterior es fundamental
Para frecuencias altas, un simple cambio de dirección en un cable comienza a mostrar una naturaleza inductiva, a comportarse como una bobina, y tanto más cuanto más brusco sea ese cambio, es decir, cuanto más agudo sea el ángulo, y esto falseará las condiciones de funcionamiento del circuito


4) Las uniones Pad-Pista serán radiales, no tangenciales


[Fig 12]

Siempre procuraremos que la unión pad-pista sea lo más centrada posible, como las de la parte derecha de la fig 12.





5) No unir pads directamente, hay que usar pistas aunque sean cortas


[Fig 13]












6) Procurar no poner en cada pad mas de 4 pistas, y no en ángulo agudo


[Fig 14]













7) Buscar que las pistas sean lo más cortas posible
Siempre hay que buscar lo más simple, el trayecto mas corto (mientras no contravengamos el resto de estas normas). Rara vez una pista mas larga será beneficiosa para el funcionamiento del circuito.


8) El ancho de las pistas: Cuestión de corriente
El ancho de las pistas dependerá de cuanta corriente vaya a circular por ellas. Como orientación, valga esta tabla:


[Fig 15]

Otro factor a tener en cuenta es el espesor de la capa de cobre, pero sobre esto tenemos poco o ningún control. La mayoría de PCB vienen de fábrica con unos 35µm de cobre. La tabla anterior es para ese grosor de cobre. 

Truco o recurso: Podemos aumentar considerablemente la corriente máxima admisible por una pista recubriéndola de estaño. Por fino que sea el baño de estaño, multiplicaremos al menos por 10 esos 35µm.





9) Separación de pistas: Cuestión de voltaje

Para asegurarnos de que no salten arcos eléctricos entre pistas, éstas tendrán que estar separadas a una distancia mínima. Cuanto más voltaje, mas separación. Aquí tenéis una tabla voltaje/separación de pistas:


[Fig 16]


10) El diámetro de los pads será como mínimo el doble del ancho de pista
Con la excepción de que la pista sea también muy ancha. Si la pista es de 5mm de ancho o más, el pad también será de 5 mm.


[Fig 17]













11) Pistas de alimentación, anchura mínima 2 mmSin importar la corriente que vaya a circular. Aunque sea tan reducida como, por ejemplo, 10 mA. Esto ayudará a identificar las pistas de alimentación.



Método I, el circuito pre-impreso

QUE SE PUEDE HACER CON ESTE MÉTODO

Este es el método que hemos venido utilizando hasta ahora en todos los circuitos de la serie "Circuitos Útiles" en mi canal de Youtube.

Es el método más inmediato, fácil y barato. Apenas hacen falta herramientas y materiales. El inconveniente es que, cuando el numero de componentes aumenta, el diseño con este método se vuelve más y más farragoso. Y ni hablar de montajes donde haya que poner media docena de circuitos integrados...

Las limitaciones anteriores no quitan que, este método, cuando se usa en los casos adecuados (circuitos poco complejos), proporciona montajes tan fiables como cualquier otro método. Todos los montajes que hice con este método (van siete) los utilizo en mi día a día (algunos me resultan realmente valiosos como el regulador C.A. de 3.8Kw y la fuente de laboratorio) y siguen funcionando a la perfección, y son:

1. Pequeño amplificador de audio con LM386
2. Regulador de C.A. de 3.8Kw
3. Luz destelleante para bici/running...
4. Fuente de alimentación 220v AC / 3,6,9,12,15,18v DC sin transformador
5. Fuente laboratorio 0-30V 4A, cortocircuitable, con limitación de intensidad
6. Detector de metales
7. Radio-amplificador a válvulas con PCL82


MATERIALES Y HERRAMIENTAS

Como materiales necesitamos:

1) El circuito pre-impreso que vayamos a utilizar. Hay de dos tipos: De matriz de puntos y de pistas. En muy pocas ocasiones he utilizado el de pistas, por ejemplo para hacer el sensor de un detector de humedad que funcionó muy bien. En la mayoría de ocasiones nos resultará más útil el tipo de matriz de puntos por su versatilidad. Se venden en distintos tamaños.


[Fig 18] PCB Pre-Impreso. Izquierda: Matriz de puntos   Derecha: Pistas o tiras



2) Como en todos los tipos de montaje, necesitaremos estaño para soldar, del utilizado en electrónica.


[Fig 19] Estaño, alambre zincado de 0.8mm y cable

3) Alambre galvanizado de 0,8 mm de diámetro, para hacer pistas y puentes, para conectar componentes entre sí.

4) Cable de cobre aislado, para el mismo fin anterior, para cuando no podamos usar alambre por su carencia de aislamiento. 

Aconsejable usar cable de calidad, sobretodo la camisa aislante.




y como herramientas:


[Fig 20] Herramientas necesarias

1) Soldador de punta fina-media para electrónica. De unos 30w

2) Pinzas de electrónica

3) Alicates de corte

4) Alicates de punta plana

5) Herramienta -a elegir- para cortar el PCB a la medida.






PROCEDIMIENTO

De los siete montajes que hice, creo que el vídeo donde mejor documento esto es en el "Radio Amplificador a válvulas", a partir del 36:24, allí podéis ver todas las fases de montaje:

Vídeo con montaje de PCB según este método I

Las fases son estas:

1) Nos ayudamos del esquema, y a veces, también de un diagrama


[Fig 21] Colocando los componentes en el PCB
Una vez elegido el tamaño del PCB (cortaremos si es necesario uno de tamaño mayor), insertamos los componentes en una posición mas o menos como están en el esquema, pero sin soldarlos de momento. Así será mas fácil redistribuirlos si no hemos calculado bien las distancias. Para impedir que los componentes se caigan, doblamos sus terminales.



2) Soldar terminales a los pads


[Fig 22] Soldando terminales en su pad correspondiente
Cuando estemos seguros de que todos los componentes están bien situados, soldamos cada terminal al pad correspondiente. 

No cortar los terminales sobrantes aún: Pueden servirnos para conectar ese componente a otro punto del circuito si ese punto no está muy alejado.




3) Aprovechar los terminales que se puedan usar


[Fig 23] Los "sobrantes" de terminales... que no sobran.
Este recurso o truco puede ahorrarnos de usar cable hasta en el 50% de las conexiones entre componentes. 

Simplemente torcemos los terminales de los componentes a conectar hasta el punto de conexión deseado y soldar. Ahora sí es el momento de cortar, con los alicates de corte, el terminal que pudiera sobrar.





4) Cortar terminales restantes

Aquéllos componentes cuyos terminales no puedan ser aprovechados para el recurso anterior serán cortados con los alicates de corte.


5) Hacer puentes de alambre, sencillos (rectos) o con formas


[Fig 24] "Pistas" hechas con alambre de 0.8 mm
Cuando no sea posible utilizar el propio terminal de un componente para conectarlo (por ser corto el terminal, o haberlo utilizado ya para otra conexión) usaremos un trozo de alambre galvanizado de 0.8 mm con una longitud adecuada.




En algunos casos ese trozo de alambre será recto, en otros casos puede tener formas variadas con distintos recorridos, simulando una pista de cobre. Para darle forma al alambre nos ayudaremos con las pinzas o unos alicates de punta plana. Si el alambre es largo lo inmovilizaremos con alguna soldadura en puntos intermedios.

Estos puentes de alambre pueden ir por el lado del cobre, y un buen recurso es pasarlos justo por debajo de algún componente aprovechando ese espacio libre. Pero también podemos ponerlos por el lado de los componentes y así evitar un cruce con otro puente.


6) Unir con cable

En ocasiones no es posible usar alambre, pues forzosamente nos cruzamos con otro alambre y se produciría cortocircuito. En estos casos usaremos cable con camisa aislante, suficientemente robusto para proporcionar poder aislante. Cuidado aquí a la hora de soldar el cable, que el calor no debilite el aislante del cable. En la figura 24 anterior hay conexiones hechas con cable.


Algunos ejemplos de circuitos hechos con este método:

[Fig 25] FUENTE DE LABORATORIO. 1: Terminada  2: PCB lado componentes  3: PCB lado conexiones
[Fig 26] AMPLIF. AUDIO 3.5 W  1:Lado componentes  2: Lado "pistas" o mejor dicho: Conexiones


Método II, el rotulador

QUE SE PUEDE HACER CON ESTE MÉTODO

Este método se halla, en cuanto a prestaciones, y también en cuanto a dificultad, a medio camino entre el anterior método del circuito pre-impreso y los que veremos en un próximo vídeo (métodos de planchado e insoladora).

Este método del rotulador lo vamos a utilizar para hacer el PCB a usar en el próximo vídeo de "Circuitos Útiles" que consistirá en un afinador de instrumentos musicales: Proporciona la nota musical La a 440 Hz con una gran precisión al usar tecnología digital así como un cristal de cuarzo. El ejemplo práctico de elaboración de PCB que se va a hacer aquí en este capítulo 15 será para ese circuito.

Con este método se pueden hacer circuitos más complejos que con el método anterior, y el acabado es mas digno de parecerse a un PCB profesional, pues aquí si hay verdaderas pistas de cobre y los taladros para los terminales los haremos nosotros.

El límite de lo que se puede hacer con este método depende en gran manera de la destreza manual de cada uno y también de la calidad de (los pocos) materiales a utilizar.

Este método (y los siguientes) implican ya la manipulación de productos químicos que pueden ser bastante dañinos si se manejan negligentemente, pero tampoco hay que asustarse: Con unas elementales normas de seguridad no tiene porqué pasar nada, y de hecho se trata de productos de uso doméstico, como el salfuman. Lo veremos mas adelante.


DOS VARIANTES: CIRCUITO "BASTO"... Y NO TAN BASTO

Una ventaja de este método es que nos permite hacer rápidamente circuitos de "trazo basto", indicado para circuitos con muy pocos componentes y que además sean componentes poco críticos, con distancias flexibles entre terminales. Por ejemplo, una resistencia, un condensador, un diodo, a menudo pueden montarse vertical u horizontalmente, y sus terminales largos y flexibles permiten ajustarse a distancias variables. Muchos transistores también tienen terminales largos y flexibles, de modo que no tenemos que calentarnos la cabeza midiendo las pistas o la distancia entre pads. 

Como aquél que dice, con unos "pintarrajos" en una PCB virgen hacemos el diseño directamente.

Sin embargo...

Con este método del rotulador, si queremos, también podemos hacer un diseño con una buena densidad de componentes, con distancias normalizadas entre pads, pistas muy finas y juntas entre sí, con numerosos circuitos integrados,... todo depende de la ilusión y habilidad manual que le pongamos, y esto me gustaría demostrarlo con la práctica haciendo como ejemplo un PCB que, como dije, usaremos en el próximo Circuitos Útiles (Afinador La 440Hz).

Como veréis más adelante, se trata de un circuito no excesivamente complejo (aunque lleva dos integrados de 16 pines cada uno, además de varios componentes discretos), y lo más llamativo es la miniaturización. Veremos como pasaremos dos pistas a través del poco espacio que hay por el interior de un integrado DIL (Dual In Line). 

Usaremos varios recursos, como los puentes (jumpers), pasar pistas por debajo de los componentes...

MATERIAL Y HERRAMIENTAS

Material:

1) Una PCB virgen "normal" con cobre en una sola cara.

2) Papel normal y papel cuadriculado en décimas de pulgada

El papel normal es para hacer un esbozo de lo que será el diseño del PCB. 

El diseño definitivo lo haremos en papel cuadriculado a 1/10 de pulgada. La razón de necesitar también papel en décimas de pulgada es que la distancia entre terminales está normalizada y, como suele ocurrir, quien paga, manda. La tecnología electrónica, y en general toda la tecnología, tiene una profunda raíz anglosajona. Si esa raíz fuese española, quizás hablaríamos de décimas de codo o de vara, :-)

¿De dónde sacamos este útil papel? En una papelería o librería ni preguntéis. Por muy técnica que sea esa papelería os mirarán raro. Otra cosa es meterse a internet y encontrar una estupenda página como la siguiente:

Web con plantillas para imprimir papel cuadriculado en décimas de pulgada

En caso de no disponer de impresora, muchas papelerías tienen servicio de impresión, y nos permiten entrar en un PC que tienen dedicado a sus clientes. Iremos a esa web e imprimimos una copia de la plantilla que necesitamos.

Esta es la web:


[Fig 27] Web para imprimir muchos tipos de papel (Cartesiano, polar, isométrico, logarítmico...)



y ahora seleccionamos tipo de papel y diseño, e imprimimos, en papel normal:



[Fig 28] Pantalla para seleccionar el tipo de cuadrícula

Os recomiendo que después fotocopiéis esa hoja en papel vegetal semitransparente, tantas como necesitéis para unos cuantos proyectos. El coste es prácticamente el mismo, y ese tipo de papel nos ayudará en varias ocasiones, incluso a evitar el problema de "imagen en espejo" que se nos presentará más tarde. Dependiendo de la librería, puede que os ofrezcan imprimir directamente desde el PC en papel vegetal semitransparente, y así no hay que hacer fotocopias.

3) Alcohol isopropílico y esponja (no metálica) para limpiar/desoxidar el cobre

4) Cinta adhesiva para fijar el papel del diseño al PCB

5) Agua, mejor si es destilada

6) Salfuman, (aguafuerte, ácido clorhídrico) al 20% (doméstico)
Este será uno de los dos productos que usaremos para crear la mezcla para atacar al cobre. Nos sirve la calidad comercial doméstica con un 20% de concentración, de venta en supermercados. No por doméstico deja de ser peligroso. Debe evitarse el contacto, y en caso de haberlo, lavar el área afectada inmediatamente con abundante agua. Leer la etiqueta del producto.

7) Agua oxigenada de 110 volúmenes
Este es el otro producto que mezclaremos con el anterior (salfuman, previamente disuelto en más agua, lo veremos más adelante). 

Los mejores precios están en distribuidores de material de peluquería. Un envase de 500 cc cuesta unos 7-8 €

Es un producto muy corrosivo, y al igual que el salfuman, debemos evitar el contacto. En caso de producirse, lavar abundantemente con agua. Leer la etiqueta del producto.

8) Un poco de bicarbonato sódico

9) Bayetas o trapos limpios

Herramientas:

1) Lápiz y goma de borrar. Para dibujar el diseño del PCB

2) Un punzón fino. Para marcar (sólo marcar) los pads

3) Rotulador permanente edding 3000, o staedler lumocolor "F" negro

4) Recipiente graduado para medir líquidos

5) Un tupper de tamaño correcto para el "etching" o atacado del PCB

6) Un recipiente grande con agua, o un grifo con agua disponible

7) Algo de plástico para agitar líquidos (vale una brida grande)

8) Pinzas de plástico

9) Guantes que resistan la acción del ácido y el agua oxigenada

10) Protección facial, o al menos para los ojos

11) Un pequeño cepillo de los utilizados para las uñas

12) Taladradora y brocas de 0.7, 0.8, 1, 1.25, y 3 mm


Ya veis que la lista es mas abultada que en el método anterior, pero el resultado merecerá la pena. Además, muchas cosas son low-cost, o ya las tenemos, o durarán mucho.


PROCEDIMIENTO


Haremos un PCB para el siguiente circuito:



[Fig 29] Esquema del afinador o diapasón "LA" a 440Hz
SUBSANADO EL ERROR DE LAS PATILLAS 1 Y 8 DE IC1
1-> Positivo   8 -> Negativo



1) Partimos del esquema y hacemos un diagrama grosero no a escala, situando componentes y trazando las pistas. Suponemos que no estamos usando un programa informático tipo EDA. Así que tenemos delante el esquema. En un papel normal vamos a ir disponiendo los componentes mas o menos como están en el esquema, pero no con la forma de su símbolo, sino con su forma real. Ahora no estamos trabajando a escala ni a tamaño real, ni tenemos que hacer un dibujo de calidad: Es sólo un esbozo, pero procuraremos ser lo más realistas posible en cuanto al tamaño relativo de los componentes y la distancia entre ellos. 

Podemos hacer el dibujo más grande de lo que será en realidad para trabajar más cómodos, pero hay que tener en cuenta que después lo "pasaremos a limpio" a tamaño real sobre papel cuadriculado a 1/10 de pulgada.

Trabajamos con lápiz para poder borrar. Borraremos a menudo...

Dibujamos todos los componentes, con sus terminales, y a cada terminal le dibujamos un pad.

Ahora viene la parte "creativa" que dirían algunos, 
...o la parte mas odiosa, que dirían otros:

Tenemos que unir los pads con líneas de lápiz (serán las pistas) para conectar los componentes tal y como viene en el esquema. Algunas pistas serán iguales o muy parecidas al esquema, pero otras veremos que se "complican" o al revés: Se simplifican.

Para solucionar las pistas que se complican hay bastantes recursos que no se pueden hacer en el papel, y que sólo la práctica desvelará. Aquí hay algunos recursos:

- Pensar en la posibilidad de girar o voltear el componente respecto de como está en el esquema.

- Pasar una pista (o varias) por debajo de un componente aprovechando que esa zona normalmente estará despejada. Vamos, algo así como un "caño" o "túnel" futbolísticamente hablando.

- El uso de puentes o jumpers nos permite trazar parte de una pista por arriba, por el lado de los componentes y así saltar por encima de una o varias pistas. Debe evitarse el abuso de jumpers, pero en muchas ocasiones es inevitable recurrir a ellos.

- A veces nos encelamos con un punto determinado del esquema, y resulta que, eléctricamente, tenemos ese mismo punto justo al lado.

- No hay que temer replantearse el circuito. Siempre hay una o muchas soluciones buenas, muchísimas "aceptables"... e infinidad de malas. Demos al menos con una aceptable.


[Fig 30] Arriba, el esquema. En la parte de abajo, el esbozo
TODOS LOS ERRORES ESTÁN SUBSANADOS


2) Pasamos diagrama a papel transparente a 1/10 de pulgada

Una vez que estemos seguros de que el diagrama está bien, lo pasamos a papel cuadriculado a 1/10 de pulgada. Aquí ya tenemos que hacer las cosas a tamaño real. Si es necesario, tomaremos el componente para contar cuántas décimas de pulgada hay de terminal a terminal. Vamos trazando primero los pads de los componentes, y después, las pistas, aplicando las normas que vimos antes.

Seguimos trabajando con lápiz y goma de borrar, pero hay que tener en cuenta el grosor del rotulador que usaremos para dibujar directamente sobre la placa: Determinará que máxima densidad de pistas podemos alcanzar. Si su trazo es de 3mm, no podemos pretender hacer dos pistas paralelas en 7 mm porque habrá que prever una separación entre ellas, además, al tener que hacer varias pasadas de rotulador, esos 3mm de trazo se nos van a 4mm, y no cuadrarán las cuentas...

Que no se nos olvide marcar nada: Pads, pistas y anotaciones.


[Fig 31] Diseño del PCB sobre el papel cuadriculado a 1/10 de pulgada
LOS ERRORES ESTÁN SUBSANADOS. ESTE ES EL DISEÑO EN EL QUE HAY QUE BASARSE.


3) Preparativos del PCB (Establecer márgenes, cortarlo a medida)

Ahora es el momento, y no antes, de preparar un trozo de PCB a la medida. 

El PCB será del tipo "normal", virgen, con una sóla cara de cobre, no del tipo fotosensible (aunque una placa fotosensible que haya sido inutilizada en el proceso de revelado nos valdrá aquí perfectamente). PCB las hay de muchos tamaños. Si ninguna coincide con el tamaño que necesitamos, cortaremos un trozo de una mayor.

Ya tenemos el esquema a tamaño real hecho en el paso 2 anterior. Sólo tenemos que añadir unos mm de margen a la pista más externa de cada una de las cuatro caras del diseño. 

Una décima de pulgada son 2.54 mm, así que 2 divisiones serán +/- 5 mm, así que ese margen daremos.


[Fig 32] Cortando PCB a la medida
Medimos el largo y ancho del diseño, márgenes incluidos. A mí me daba unas medidas de 90 mm de largo x 54 mm de ancho. Puede ser buena idea añadir 1-2 mm a cada medida para compensar lo que podemos perder en la operación del corte del PCB. 

Marcamos con rotulador sobre un PCB virgen y cortamos a esas medidas. Parece bastante buena la herramienta "punta de trazar": Se hacen varias pasadas, y después, flexionando con las manos el PCB, quiebra limpiamente por la zona marcada. 

Es posible que tengamos que pasar una lija fina por el borde del corte para un mejor acabado.




4) Adosamos diagrama a PCB, marcar taladros con punzón

Vamos a centrar y fijar el papel con el diseño en el PCB ya cortado.

Pero antes, consideremos un detalle que ocurrirá también en los siguientes métodos de fabricación de PCB. Se trata del efecto espejo: Hemos diseñado el PCB viendo el circuito desde arriba, por el lado de los componentes. Pero ahora vamos a pegar ese diseño en el otro lado: El del cobre. Por lo tanto, irá invertido. La solución es tan sencilla como voltear el papel. Ya sabemos que dos inversiones son una no-inversión. Dos negaciones son una no-negación. El hecho de que el papel sea semitransparente nos ayudará.

Centramos el papel en el PCB por el lado del cobre, cortamos el papel sobrante dando un margen extra para poder envolver el PCB y fijarlo con cinta adhesiva por el lado contrario al del cobre.

Quedará tal que así:


[Fig 33] Papel con el diseño sujeto al PCB, con cinta adhesiva

Vamos a marcar la posición de todos los taladros: Los correspondientes a los pads, los de las cuatro esquinas y cualquier otro que hayamos previsto (sujeción de radiadores, transformadores, etc), aunque en este caso concreto no hay ninguno más excepto los pads y las cuatro esquinas.

Con un punzón pequeño pero duro y afilado y un pequeño martillo marcamos en cada pad. No ejercer demasiada fuerza con el martillo para no fracturar el PCB, pero la marca ha de ser bien visible. Ensayar antes con un trozo de PCB inservible (Para el ensayo no hace falta adosar papel con diseño).


[Fig 34] Marcando los pads con el punzón. Se aprecian algunas marcas ya hechas.


5) Retiramos diagrama. Limpiar PCB

Hechas las marcas de los taladros, retiramos con cuidado el diseño. Las marcas del punzón se verán claramente, y nos servirán de guía y referencia (junto con el diseño, que tendremos a la vista) para trazar las pistas con el rotulador.

Hay quienes en este momento taladran el PCB, y después continúan con este mismo proceso. Es una opción válida, pero nosotros haremos los taladros casi al final, que es igualmente válido, y obtendremos una ventaja: La marca del punzón deja una protuberancia (muy pequeña) hacia afuera, que recuerda a la caldera de un volcán. Es muy pequeña, pero suficiente como para servir de guía al rotulador para dibujar los pads, consiguiendo una forma circular casi perfecta sin necesidad de plantillas. Esta ventaja no la tendríamos si hubiéramos taladrado ya.

Ahora viene una operación sencilla pero de gran importancia: La superficie de cobre debe estar limpia, sin grasa, y sin óxido, y el cobre tiene el inconveniente de que, tras ser abrillantado, se oxida superficialmente en cuestión de horas. Esto dificulta o incluso impide la correcta elaboración del PCB, pues el ácido no atacará o atacará lentamente al cobre a poca suciedad que éste tenga. Para cuando esa zona sucia vaya a ser atacada, las otras zonas limpias habrán sido atacadas incluso con la protección del rotulador.

Usaremos una esponja que tenga cierto poder abrasivo, pero no metálica, y con alcohol isopropílico damos un buen "masaje" al cobre del PCB. Si es necesario pasamos también una bayeta limpia. El cobre deberá exhibir un brillo metálico característico.

A partir de aquí no tocaremos el cobre por muy limpias que tengamos las manos. Tomaremos el PCB por los bordes. Si en un descuido lo tocamos, repetimos la limpieza.

6) Dibujamos con rotulador: Los pads, pistas y anotaciones

La idea es: Con un rotulador resistente a los ácidos (mencionados en el apartado anterior "herramientas") dibujamos en el cobre del PCB, PRIMERO todos los pads (ya están marcados con el punzón), y DESPUÉS las pistas, uniendo los pads (podemos guiarnos en el papel del diseño que aún tendremos a mano). Cuando después sometamos el PCB a la acción de un químico, el cobre será arrancado del PCB, excepto el que hayamos protegido con el rotulador, pero esto hasta cierto punto: Si dejamos el PCB mas tiempo del necesario bajo la acción del ácido, también el cobre "protegido" por el rotulador desaparecerá.

Dibujamos en el PCB el diseño:

Hay quienes prefieren el uso de herramientas de dibujo, tales como reglas. Yo prefiero aguantar la respiración y... pulso. Creo que sale un trazo más denso, pues no habrá regla que absorba parte de la tinta. Y desde luego, a mano, es factible hacer curvas, mientras que con regla...

Aunque tengas buena vista es ventajoso usar lupa, pues además de apreciar mejor los detalles pequeños, tu pulso mejorará mucho. Esta fase es crítica y decide el límite de "que se puede hacer" con este método.

No olvidar que no debemos tocar el PCB con las manos ni ensuciarlo con nada.

Según mi experiencia, con rotuladores comúnmente utilizados para esto, que cuestan unos 2-3€ (edding 3000 y staedler lumocolor "F") se obtienen buenos resultados pasando el rotulador tres veces pero dejando unos 20 segundos entre pasada y pasada para secar, especialmente el staedler que es más fino. No apretar demasiado el rotulador o arrastraremos la capa de tinta depositada en las pasadas previas. 

Rotuladores:
El Edding 3000 proporciona un trazo mediano, tirando a grueso.
El Staedler Lumocolor "F" da un trazo muy fino, que permite hacer circuitos 
bastante compactos y reducidos, y éste es el que he utilizado en este PCB.

He visto rotuladores muy "especiales" que con una sola pasada aseguran un buen acabado claro que, a 10€ cada uno...

Si por cualquier causa algo se emborrona, se ensucia el PCB o cometemos un error fastidioso, procuramos enmendarlo con un bastoncito de algodón y alcohol. Si el error es demasiado grande volvemos al punto 5 anterior: Limpiamos PCB con esponja e isopropílico


[Fig 35] Ya hemos marcado todos los pads, ahora los unimos formando las pistas

Se supone que ya tenemos todo marcado con rotulador. Llegados a este punto debemos proceder al atacado del PCB con los químicos, pues el tiempo corre en nuestra contra: El cobre no cubierto por rotulador comienza a oxidarse rápidamente y ofrecerá dificultad a ser eliminado (hará falta más tiempo de exposición al ácido), aumentando la posibilidad de que también sea atacado el cobre "protegido".

No es que haya que ir arrebatados, pero no es aconsejable, por ejemplo: "Dibujo las pistas hoy, y ataco el circuito con los ácidos la semana que viene".


[Fig 36] El PCB con el diseño rotulado.
Nota: Contiene los tres errores. La figura 31 es el diseño sin errrores


7) Preparamos mezcla atacadora para el cobre

Preparada toda la parafernalia para atacar el PCB con químicos:


[Fig 37] Utensilios y material para atacar con ácidos el PCB

Nota: Todas las herramientas (tuppers, pinzas, mezclador) serán de plástico, cristal o cualquier otro que resista la potente acción de la mezcla. Nunca metal

Tampoco debemos respirar los vapores que se desprenden durante el atacado del PCB, son bastante irritantes, así que lo mejor es hacer esto en un lugar bien ventilado.

Elegimos un tupper de tamaño adecuado al PCB que vamos a hacer. Si el tupper es mucho mas grande que el PCB, desperdiciaremos mezcla. Es suficiente con que el recipiente sea un poco más grande que el PCB. Vale la pena gastarse 10€ en 3-4 tuppers de tamaño variado, de lo contrario gastaremos mucho más en agua oxigenada. En cuanto a la cantidad de mezcla a preparar, el PCB debe quedar sumergido unos 3-5 mm. Toda la mezcla que pongamos de más será desperdiciada.

En este caso, para nuestro PCB de 90 mm x 54 mm, será suficiente con preparar 200cc de mezcla, con este porcentaje en volumen:


Agua destilada               50%
Salfuman                       25%
Agua oxigenada 110 vol   25%

Así que, para preparar 200cc, vertemos en el vaso medidor y en este orden:


Agua destilada             100 cc
Salfuman                      50 cc
Agua oxigenada 110 vol  50 cc

Agitamos suave para mezclar, yo uso una brida de plástico grande.

Hay quienes usan otras proporciones, pero no difieren mucho de ésta. Después de varios ensayos veo que es suficientemente rápida, pero sin llegar a ser demasiado agresiva con el cobre.

No hace falta insistir en las medidas de seguridad que ya cité en "materiales y herramientas"

Vertemos el vaso medidor en el tupper donde vayamos a atacar el PCB



8) Someter PCB al baño atacador

Metemos el PCB, con cuidado, el lado del cobre hacia arriba, en el tupper que ya contiene la mezcla. No hay un tiempo exacto, debemos supervisar los 3-7 minutos que puede durar el proceso. Hay que agitar suavemente el tuper para hacer una pequeña ola en su interior. Esto asegura un mejor acabado, pues ayuda a redistribuir la mezcla cuya composición cambia rápidamente según ataca al cobre. También permite que se retire de la superficie del PCB el ácido que ya ha reaccionado y sea reemplazado por nuevo ácido y el proceso sea uniforme.

Estaremos vigilando, porque muy pronto surgirán los primeros signos de que el cobre desaparece en algún punto del PCB, tomando el color de la fibra de vidrio. Rápidamente otros puntos del PCB se quedan también sin cobre y finalmente todo el PCB... excepto las pistas formadas por nuestro diseño.

En este justo momento, debemos sacar el PCB del baño ácido


9) Sacar PCB del baño atacador, aclarar con agua, secar

Sin ninguna dilación, con unas pinzas de plástico, sacamos el PCB del tupper y lo introducimos en el otro tupper o recipiente más grande que estará lleno de agua con una cucharada de bicarbonato sódico disuelta.

La cucharada de bicarbonato disuelta en esta agua neutralizará la pequeña cantidad de ácido que haya quedado adherido al PCB. Usaremos el cepillo pequeño para frotar (sin miedo) el PCB, para despegar restos de ácido.

La gran cantidad de agua en este tupper, la cucharada de bicarbonato sódico y el hecho de que llevamos guantes nos pueden inducir a bajar la guardia, y con razón: Ya podemos manipular tranquilamente el PCB incluso sin guantes, pero no olvidar que al lado seguimos teniendo el tupper con el ácido, que sigue siendo fuertemente reactivo. Se puede diluir en unos cuantos litros de agua (mejor si es sucia, de fregar) y se descarta. No olvidar enjuagar ese tupper así como el vaso medidor y todo lo que haya estado en contacto con el ácido.


10) Retirar las líneas de rotulador. El cobre queda a la vista


[Fig 38] Retiramos con alcohol la tinta del PCB
La denominación "permanente" de estos rotuladores está bien fundada: Su tinta ha resistido la acción de dos poderosos químicos, uno de ellos ataca incluso al acero 316. También ha resistido un lavado con agua, incluyendo un enérgico cepillado.

Para quitar el rotulado, una opción es acetona u otros disolventes. Pero, ¿Para qué usar esos productos si el simple alcohol sanitario del chino de la esquina hace igual el papel?



Con servilletas de papel o un trapo o bayeta impregnados en alcohol, el rotulador sale fácilmente y no queda rastro. Ahora se verá el cobre que esa tinta protegió. Lo ideal es que ese cobre tenga un aspecto uniforme, compacto, brillante, pero también es posible que presente "porosidad" o micropuntos. Depende de las calidades de los materiales y el cuidado con el que hayamos procedido hasta ahora.


[Fig 39] ¡Ha habido suerte!: El acabado es aceptable
Nota: Contiene los tres errores. El diseño definitivo es el de la figura 31



Debemos sospechar que algo no ha ido bien si vemos interrupciones en las pistas, si parte del cobre que debería estar, no está...

Las causas del fracaso habría que buscarlas en:

- PCB sucia, con óxido o grasa en el lado del cobre.
- Rotulador en mal estado o sólo se dio una pasada. Hay que dar tres.
- Se dejó el PCB hecho y se atacó con ácidos varios días después.
- Mezcla incorrecta o demasiado enérgica.
- No se sacó a tiempo el PCB del ácido, o se lavó mal.


11) Taladrar los pads y las cuatro esquinas


[Fig 40] Kit básico de taladrado para hacer PCB


Para hacer los taladros en el PCB necesitamos un juego de brocas de tamaño bastante reducido. El diámetro dependerá del grosor del terminal, y hay varias medidas. Las mas usuales son:

0.7 mm
0.8 mm
1.0 mm
1.25 mm
3 mm (Para los tornillos de las esquinas)

Hacemos los taladros en los pads. Los componentes con terminales finos (como es nuestro caso con este circuito) van a 0.7 mm. Otros componentes, con terminales mas gruesos necesitarán 1 mm, como el pulsador. 

También hacemos los cuatro taladros en las esquinas a 3 mm para poner los tornillos de fijación.



12) Test: Medir continuidad


[Fig 41] Midiendo la continuidad de las pistas. También hubo suerte: Ninguna falló

Hay que asegurarse de que todas las pistas tienen continuidad y no fiarse del "buen aspecto" que tengan. Una microfisura en una o varias pistas puede volvernos locos mas tarde.

El procedimiento: Seleccionamos la escala continuidad en el polímetro y medimos todas las pistas. Entre pads conectados por pistas debe haber continuidad y nuestro polímetro "pitará". En caso contrario, buscar con lupa el posible fallo e intentar subsanarlo.

Si la discontinuidad es muy pequeña, la podemos arreglar con flux y estaño

Si el fallo es mayor, podemos soldar un pequeño trozo de cable de cobre limpio o alambre galvanizado entre las dos zonas sanas de la pista que bordean la interrupción.


13) Serigrafía casera, también opcional... pero muy recomendable

La imagen de una PCB, lado componentes, sin una triste impresión dando información sobre el montaje, a mí me deprime. ¿A vosotros no?

La técnica de imprimir el PCB por el lado de los componentes para señalizar el código, forma y posición de dichos componentes no es factible para un aficionado. De hecho, es bastante más complicada que el proceso que hemos hecho por el lado del cobre, aunque no lo parezca. Pero eso no quita que nosotros lo intentemos aunque sea de forma casera, y por lo tanto... fácil. Esa serigrafía ayuda mucho, tanto al montar los componentes como a la hora de hacer alguna intervención en el circuito.

El serigrafiado se puede hacer a mano alzada con un rotulador permanente, igual que el utilizado para dibujar el PCB. En algunos casos nos podemos ayudar de plantillas, por ejemplo para hacer circunferencias. El color azul y el negro son elecciones adecuadas: Ofrecen un buen contraste con el color del PCB, especialmente el negro, mi elección.


[Fig 42] ¿A que no es lo mismo?
Nota: Q2 está invertido. El diseño definitivo sin errores está en la figura 31




El vídeo




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Circuitos Útiles. 08. Afinador en "La" 440 Hz

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INDICE

¿Qué es y para que sirve un diapasón?
Esquema del diapasón o afinador electrónico
Cómo "programar" el divisor de frecuencias
Muy bonito el esquema pero... lo probamos en el protoboard
Lista de materiales
El PCB ya está hecho
Poner los componentes en el PCB: Un paseo en barca...
Lo probamos
Buscamos una caja o tupper para el afinador
Mecanizamos el tupper
Ponemos los elementos en el tupper
Prueba final
El vídeo




¿Qué es y para que sirve un diapasón?

Cuando vamos a afinar un instrumento musical, por ejemplo una guitarra, necesitamos una nota de referencia, una nota patrón, la cual nos servirá como tono base para afinar una de las cuerdas. Y a partir de ahí, con "oído musical", por intervalos, afinaremos el resto de cuerdas de la guitarra. También es cierto que hay afinadores digitales que facilitan la tarea.


[Fig 1] Nota "LA" 440 Hz
Esa nota de referencia, por tradición, resulta ser la nota "LA", y es la correspondiente al segundo espacio en el pentagrama, con clave de sol en segunda línea, según la notación musical moderna. 

Esa nota tiene una frecuencia de 440 Hz.



Vamos a obtener y reproducir esa nota con un sencillo circuito electrónico.


Esquema del diapasón o afinador electrónico


[Fig 2] Esquema del diapasón electrónico a 440 Hz



1) Cometido del circuito:


Este circuito debe entregar una señal de audio con una frecuencia de 440 Hz, frecuencia que deberá ser lo más exacta y estable posible. Esto se cumplirá usando un resonador de cuarzo. El nivel necesario de potencia de audio será reducido, pues sólo habrá que accionar un altavoz lo más pequeño posible. 

Funciona con una pila de 9v. Se acciona con un pulsador.


- En la parte izquierda del esquema (Fig 2) está el oscilador de 1 MHz
- El integrado IC2 es el divisor de frecuencia
- El integrado IC1 está diseminado por el esquema. Una parte de él se utiliza en el oscilador de 1 Mhz, la otra parte en el amplificador de audio.
- A la derecha, formado por Q1 y Q2, el amplificador de audio.


2) Tenemos un problema: No hay cristales para todas las frecuencias

Ya vimos en el TEB 15 que no se fabrican cristales de cuarzo para todas las frecuencias, y lo normal será que no los haya para la frecuencia que deseamos, 440 Hz en nuestro caso. Para conseguir nuestros 440 Hz usaremos un divisor de frecuencia (más adelante).



3) El oscilador a 1 Mhz


[Fig 3] Resonador de cuarzo de 1 MHz
Para empezar, tendremos que partir de una frecuencia para la cual exista un cristal de cuarzo en el mercado. No importa que esta frecuencia sea más elevada que los 440 Hz que necesitamos. La convertiremos a 440 Hz con un divisor de frecuencia 

Una buena elección será un resonador de 1 Mhz, que cuesta unos 50 céntimos.



El oscilador está en la parte izquierda del circuito Fig.2, y está formado por R1, R2, C1, C2, el resonador y dos puertas de las seis que contiene IC1: Un integrado CMOS que contiene seis puertas lógicas (inversoras). Esta variante de oscilador se conoce como "Pierce", y se utiliza como generador de pulsos en electrónica digital, es decir, para producir una señal de reloj.

La frecuencia de oscilación depende de los valores de R1, R2, C1 y C2, y los valores mostrados corresponden a una frecuencia de mas o menos 1 MHz. Sin el cuarzo, este oscilador no es estable: Su frecuencia varía según muchos factores. Añadiendo el resonador de 1Mhz, se consigue fijar la frecuencia en exactamente... 1MHz.

La señal generada por este oscilador es llevada al terminal de entrada (patilla 10) del circuito integrado IC2, un divisor de frecuencia del tipo 4040.


4) El integrado 4040, divisor de frecuencias. Cómo "programarlo"

El verdadero nombre de este circuito es 4040, pero a menudo viene acompañado por dos o tres letras iniciales, por ejemplo: CD4040, HCF4040... 

En cualquier caso, no os preocupéis: Se trata del mismo circuito y su patillaje es idéntico.

Este integrado es un divisor binario programable de 12 posiciones. Se puede alimentar desde 3 a 18v. Pin 16: Positivo, pin 8: Negativo (masa)

El 4040 divide la frecuencia que se haga llegar a su patilla 10 (entrada) y la entrega ya dividida (según lo hayamos programado) en su patilla 15 (salida).

Cómo programarlo:

Lo mejor, veamos nuestro caso:

Nota: Utilizaré la coma para separar los miles, y punto para los decimales.

- Frecuencia inicial, la que ponemos en pin 10: 1 Mhz (1,000,000 Hz)
- Frecuencia que necesitamos: 440 Hz

Para hallar el número que debemos aplicar a IC2 (para programarlo), dividimos 1,000,000 entre 440, y nos da: 2,272.7272727272...

Redondeamos por defecto a 2,272. Nota: Sería un poco más exacto redondear por exceso a 2,273, pero la diferencia es inapreciable y así nos ahorramos un diodo (lo veremos).

Comprobamos que, efectivamente, 1,000,000 / 2,272 = 440.140

Hay una diferencia de 0.14 Hz respecto a 440 Hz. Inapreciable...

Hay 12 pines en el 4040 que se usan para programarlo, son los siguientes:

[Fig 4] IC 4040, ejemplo de programación
Cada una de las doce patillas tiene un peso numérico. Según pongamos un diodo o no en esa patilla, ese peso será tenido en cuenta o no. Así, disponemos de un rango muy grande de números (desde 1 a 4095). Ese número resultante será el que use el 4040 para dividir. En nuestro caso ese número es 2,272

Ya veis, el 4040 se programa poniendo diodos en según qué patillas.

Para saber qué diodos tenemos que poner nos va a ser muy útil la siguiente tabla. El procedimiento es sencillo, pero os recomiendo que lo veáis en el vídeo, más claro y más dinámico que aquí en el blog.





Una tabla vacía por si la queréis imprimir para hacer pruebas:



[Fig 5] Tabla para programar el IC 4040

Y aquí la tabla cumplimentada para nuestro caso:


[Fig 6] Tabla con la programación de IC2. Hay que poner cuatro diodos. Pines: 1, 2, 4 y 13

¿Cómo he cumplimentado la tabla anterior?:

- COLUMNA PIN 1: Pongo 2272 en "Dividir". Compruebo que puedo restarle el valor "2048" de "peso" sin que el resultado sea negativo: Afirmativo. Pongo el valor de la resta en "Resta" que es 224. Especifico "Sí" en "Poner diodo"

- COLUMNA PIN 15: Traslado a "Dividir" el valor de "Resta" de la columna anterior (224). Compruebo si puedo restarle el valor "1024" de "peso" sin que el resultado sea negativo: Falso: Especifico "No" en "Poner diodo".

- COLUMNA PIN 14: Como la columna anterior fue "Falso", traslado a "Dividir" el mismo valor que en la columna anterior (224). Compruebo si a "Dividir" puedo restarle el valor 512 de "peso" sin que el resultado sea negativo: Falso: Especifico "No" en "Poner diodo".

- COLUMNA PIN 12: Como la columna anterior fue "Falso", traslado a "Dividir" el mismo valor que en la columna anterior (224). Compruebo si a "Dividir" puedo restarle el valor 256 de "peso" sin que el resultado sea negativo: Falso: Especifico "No" en "Poner diodo".

- COLUMNA PIN 13: Como la columna anterior fue "Falso", traslado a "Dividir" el mismo valor que en la columna anterior (224). Compruebo si a "Dividir" puedo restarle el valor 128 de "peso" sin que el resultado sea negativo: Afirmativo: Pongo el valor de la resta en "Resta" que es 96. Especifico "Sí" en "Poner diodo"

- COLUMNA PIN 4: Como la columna anterior fue "Afirmativo", traslado a "Dividir" el valor "Resta" de la columna anterior (96) en vez del valor "Dividir" (224). Compruebo si a "Dividir" puedo restarle el valor 64 de "peso" sin que el resultado sea negativo: Afirmativo: Pongo el valor de la resta en "Resta" que es 32. Especifico "Sí" en "Poner diodo"

- COLUMNA PIN 2: Como la columna anterior fue "Afirmativo", traslado a "Dividir" el valor "Resta" de la columna anterior (32) en vez del valor "Dividir" (96). Compruebo si a "Dividir" puedo restarle el valor 32 de "peso" sin que el resultado sea negativo: Afirmativo: Pongo el valor de la resta en "Resta" que es 0. Especifico "Sí" en "Poner diodo". Al obtener el valor cero en la resta, hemos terminado. Pondremos en las siguientes columnas "No" en "Poner diodo".

Una vez cumplimentada la tabla, ya sabemos qué diodos tenemos que poner. En nuestro caso son cuatro diodos: Patillas 1, 2, 4 y 13. Según el esquema hay que unir todos sus ánodos haciendo llegar esta unión a la patilla 11 (reset) del 4040. Esto le servirá al 4040 para saber cuándo tiene que iniciar la cuenta para entregar un impulso en la patilla 15 (salida) cada 2272 impulsos en la patilla 10 (entrada).

Aquí tenéis el datasheet de este circuito 4040


5) Amplificador de audio


La potencia de audio entregada por el integrado 4040 es insuficiente para mover un pequeño altavoz a un nivel suficiente, ya que se trata de un circuito lógico, no de potencia; pero no será necesaria mucha amplificación: Una sola etapa de potencia formada por los dos transistores Q1 y Q2 trabajando como complementarios amplificaran sobradamente la señal desde la patilla 15 del 4040 hacia el altavoz.

Se ha omitido poner regulación de volumen por razones prácticas: menos gasto, peso, volumen, complicación, probabilidad de fallos... a fin de cuentas el diapasón se usa por unos segundos y su volumen es adecuado.


Los transistores utilizados, BC550 y su complementario BC560, son sobradamente conocidos, muy fáciles de obtener y económicos.



Muy bonito el esquema pero... lo probamos en el protoboard

En esta división de vídeos "Circuitos Útiles" tengo por norma obligada un hecho: Los circuitos tienen que estar probados antes de publicarlos. Serán muchos o serán pocos los circuitos en esta serie, pero los que sean... funcionan. Espero que con el tiempo esta lista se haga bien extensa y sea un lugar de donde fiarse a la hora de hacer un montaje. Así que... prueba en protoboard antes de hacer el montaje.


[Fig 7] Probando el diapasón en el protoboard. Funciona



Lista de materiales

Este es un proyecto bastante en la línea low-cost. Los materiales son pocos y nada costosos. Los enumero:


[Fig 8] Componentes para el PCB


R1 Resistencia 10 MΩ (10.000.000 Ω) Marrón-negro-azul
R2        "        1KΩ (1000 Ω) Marrón-negro-rojo
R3        "        10KΩ (10.000 Ω) Marrón-negro-naranja
R4        "        22Ω Rojo-Rojo-Negro
R5 Igual que R4
Todas las resistencias de 1/8w. Si son de más potencia no pasa nada... excepto que ocupan más espacio y son más caras.
C1 Condensador cerámico de 22pf 63v
C2 Trimmer (condensador ajustable) de 22pf
C3 Condensador electrolítico 100µf 16v
C4 Igual que C3
Q1 Transistor BC550
Q2 Transistor BC560
IC1 Circuito Integrado 4049
IC2 Circuito Integrado 4040
AV Pequeño altavoz
PUL1 Pulsador (Mejor que un interruptor)
XTAL Resonador de 1Mhz
1 Portapilas 9v
1 pila 9v


[Fig 9] Resto de componentes



El juego cuádruple de tornillería es para fijar el PCB a la caja:

- 4 tornillos: Largo 18 mm, métrica 3
- Separadores plástico 10 mm de largo. Diámetro interno 3-4 mm
- 4 tuercas para tornillo de métrica 3.


Las arandelas no han hecho falta.

El separador es de 10 mm de largo, pero esto puede variar según las dimensiones del pulsador que elijas

[Fig 10] Tornillería para sujetar el PCB a la caja. Las arandelas no hicieron falta.





El PCB ya está hecho


[Fig 11] PCB para el afinador

El TEB 15 (Tutorial de Electrónica Básica Capítulo 15) está dedicado a dos métodos de fabricación de circuitos impresos (PCB), y allí se hizo como práctica el PCB que necesitamos en este montaje. 

Si no viste ese vídeo, aquí lo tienes (minuto 20:19):

Cómo hacer el PCB para el afinador







NOTA: El PCB tiene tres errores en el diseño de cuando lo hice en el vídeo del tutorial de electrónica básica, capítulo 15, pero en el blog de ese vídeo ya están subsanados los errores. Podéis tomar como referencia válida la Fig.31 de ese blog conteniendo el diseño del PCB libre de errores




Poner los componentes en el PCB: Un paseo en barca...

Vamos a poner los componentes en el PCB, que se supone ya está terminado.

Ahora se pone de manifiesto la ventaja de un PCB "como mandan los cánones": Será una tarea sumamente fácil y con poca probabilidad de equivocarse.

Es habitual comenzar soldando primero los componentes más robustos y terminar con los más delicados:

1) Resistencias, condensadores, el pulsador, puentes (jumpers)
2) Semiconductores: Diodos, transistores e integrados.

Soldaremos primero el pulsador, pues ningún otro componente debe sobresalir más que él, ya que debe asomar al exterior de la caja para poder ser accionado.

El procedimiento para cada componente: Hacemos pasar sus terminales por los pads correspondientes. Ojo a la polaridad o posición (cuando la haya). Ahora nos viene muy bien el momento que dedicamos a serigrafiar el PCB. Doblamos un poco los terminales del componente para que no se caiga y soldamos. Cortamos los terminales sobrantes con alicates de corte.



Lo probamos

Antes de hacer el montaje definitivo en la caja, lo probamos. Ponemos la pila de 9v, el altavoz, y accionamos el pulsador.



Buscamos una caja o tupper para el afinador

[Fig 12] Caja  (Tupper) para el diapasón

He buscado una caja lo más ajustada posible. Me hubiera gustado una más pequeña pero no encontraba nada a la medida exacta

El altavoz no tiene porqué ser grande ni potente, todo lo contrario: Cuanto más reducido sea tu tamaño, más pequeño y portable será el afinador.







Mecanizamos el tupper

He usado una taladradora miniatura para hacer en la caja la abertura para el pulsador. El altavoz lo he fijado en un lateral con pegamento. He realizado un taladro, centrado con el altavoz, para dejar salir el sonido.


El circuito lo vamos a fijar a la caja (mejor que a la tapa) usando la tornillería de la figura 10.

[Fig 13] Detalle de la sujeción del PCB a la caja



Ponemos los elementos en el tupper


Fijamos el PCB a la caja con cuatro pequeños tornillos de 3mm diámetro y unos 18mm de largo, aunque el largo de este tornillo dependerá del tamaño del pulsador que vayas a utilizar. En mi caso lo idóneo eran tornillos de 18 mm y separadores de 10 mm (ver figura 13 anterior). 

Fijamos el altavoz a la caja pegándolo con un buen pegamento.

Para evitar que la pila quede suelta la fijaremos con velcro a la tapa.

Cerramos el tupper.

Equipo terminado.



Prueba final

Cada vez que pulsemos el botón, sonará la nota "LA" a 440 Hz.

En el vídeo se afina una guitarra de forma real usando este diapasón o afinador electrónico.

[Fig 14] Afinando una vieja y olvidada guitarra con el diapasón


El vídeo





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Circuitos ÚTILES. 09. Pulsador TÁCTIL

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INDICE

Pulsador táctil, en qué consiste
Ventajas frente al interruptor clásico
Lo usaremos para nuestra próxima radio FM
Método a usar
El circuito integrado 555
Esquema del interruptor táctil. Versión básica
Esquema del interruptor táctil. Versión mejorada
Prueba en protoboard
Lista de componentes
El vídeo




Pulsador táctil, en qué consiste


[Fig 1] Pulsador táctil
Es una forma de poner en marcha dispositivos sin usar componentes con piezas móviles como sería el caso de los interruptores convencionales. 

Para activar una función basta con posar levemente un dedo sobre el sensor. Tal es el caso de los botones de algunos ascensores modernos y muchos otros equipos.


Se basa en un circuito con gran sensibilidad: Al posar el dedo en el sensor, una minúscula corriente, inapreciable y totalmente inofensiva, pasa a través de nosotros hacia tierra. Esta pequeñísima corriente es detectada y provoca el disparo de un circuito que conecta la alimentación al dispositivo a accionar.




Ventajas frente al interruptor clásico

Al no haber piezas móviles (interruptor) la probabilidad de avería es mucho menor. Es cosa sabida que los componentes electromecánicos (piezas móviles) son responsables en gran medida de la mayoría de averías en los equipos. Este sistema táctil está especialmente indicado para aquéllos casos en que un hipotético interruptor sería accionado muchas veces a lo largo del día.


[Fig 2] Interruptor convencional

En cuanto al coste, mas adelante veremos que los seis componentes que conforman este sistema táctil cuestan sólo un poco más que un interruptor convencional.











Lo usaremos para nuestra próxima radio FM

Me encontraba en las fases iniciales de diseño de la radio FM cuando pensé en dotarla de este sistema. Enseguida comprendí que este recurso del pulsador táctil merecía para sí mismo un vídeo y un post en esta serie "circuitos útiles", y por varias razones: 1) Por su utilidad; 2) por las materias que se van a tratar y 3) porque este recurso puede implementarse en muchos otros montajes.

A no ser que me tope con alguna sorpresa de última hora (todo puede ocurrir) mi intención es que la radio FM (próximo circuito útil) tenga este sistema para encenderla y apagarla: Bastará con posar levemente un dedo en una pequeña superficie metálica, tal como la cabeza metalizada de una chincheta.



Método a usar

Encender y apagar un equipo con un sensor táctil se puede hacer con distintos recursos. Hay sistemas en donde esta función viene integrada.

Otra forma sería usando tiristores con una alta sensibilidad en el terminal gate o puerta, es decir, con una baja IGT (corriente de puerta para disparo)

Nosotros vamos a usar el archiconocido circuito integrado 555, y lo haremos funcionar como un switch o interruptor accionado por tacto. Con sólo cinco componentes más (tres resistencias un condensador y un transistor) haremos el pulsador táctil. 




El circuito integrado 555

Después de más de 40 años que el primer circuito integrado 555 salió al mercado, éste sigue utilizándose masivamente por su fiabilidad, versatilidad y bajo coste.

Hay varios tipos de "packages" o encapsulados, incluyendo el SMD, pero nosotros vamos a usar el tipo through-hole. Su apariencia es el de un Dual in Line de 4 + 4 pines:


[Fig 3] Integrado 555 estándar (NE555)
En principio, el 555 se hizo para funcionar como temporizador programable, pero este integrado es configurable externamente: 

Cambiando la conexión de sus terminales y sus pocos componentes asociados se le puede hacer funcionar como generador de pulsos, como oscilador, como divisor de frecuencia y también como flip-flop o multivibrador biestable (dos estados posibles), y éste último es el modo en que lo vamos a hacer funcionar. 




Los dos estados posibles serán: Activado (encender la radio) y desactivado (apagar la radio).

Una hoja de especificaciones (datasheet) del 555 versión CMOS (TLC555)





Esquema del interruptor táctil. Versión básica


[Fig 4] Interruptor táctil. Circuito básico


¿Interruptor o pulsador?

Bueno, al conjunto se le debería llamar interruptor, pues esa es su función: Permitir o no el paso de corriente, y ademas con la función de enclavamiento, que es lo que lo diferencia de un pulsador, en donde no hay enclavamiento.

En la figura 4, el chip conectado para hacerlo funcionar como un flip-flop, como un multivibrador biestable.

- La alimentación es en el pin 8 y puede ser de 4.5 a 16 voltios.

- A negativo (masa) el pin 1

- El pin 2 (Trigger: Disparador) provoca que la salida (pin 3) sea a nivel alto, el dispositivo conectado se encenderá.

- El pin 6 (Umbral: Threshold) cuando se activa pone la salida (pin 3) a nivel bajo, el dispositivo conectado se apagará.

Tanto en la patilla 2 como en la 6 vemos unos círculos que serán los pulsadores que hay que tocar para encender/apagar el dispositivo conectado al pin 3 del 555 (la radio en nuestro caso). Estos pulsadores pueden ser simples chinchetas metálicas conectadas con cables.

Al tocar cualquiera de ellas el 555 cambia de estado, pasando su pin 3 de nivel alto a bajo y viceversa.

Un hecho importante: Cuando pulsamos ON (sensor pin 2) la tensión en pin 3 será nivel "alto", pero no será la misma que la de alimentación (9v en el esquema) sino 1.7 voltios menos. En este caso la tensión sería de 7.3 voltios, esto hay que tenerlo en cuenta.

La intensidad máxima que el 555 puede entregarnos en su pin 3 es de unos 200 mA. No está mal para ser un chip, y nos valdrá para muchas aplicaciones, pero en nuestro caso con la radio podemos quedarnos cortos. Hay que tener en cuenta que la radio con su amplificador de audio de 1W más el consumo de la propia radio (TDA7000) puede alcanzar y sobrepasar esos 200 mA, así que en el esquema siguiente de la figura 5 veremos otra versión de este mismo esquema con varias mejoras.




Esquema del interruptor táctil. Versión mejorada


[Fig 5] Interruptor táctil. Circuito mejorado






























Es el mismo esquema anterior, con dos diferencias:

1) Ahora la versión de circuito integrado 555 es de tecnología CMOS. Concretamente un TLC555. Su apariencia es igual que la del 555 estándar, y su orden de patillas igual.

¿Qué aporta la versión CMOS?

Un consumo mucho menor en modo standby.

A diferencia de un interruptor convencional mecánico en donde el consumo es cero cuando está en "off", estos sistemas táctiles tienen un consumo, cierto que reducido, pero consumo. En el caso del 555 estándar y a 7v ese consumo es de unos 4 mA. Muy poco, pero este consumo puede agotar la pila de la radio al cabo de varias semanas aunque no la usemos.

La versión CMOS del 555 tiene un consumo treinta y cinco veces menor en modo standby: Tan sólo 0.1 mA (100 µA), lo que hace que la pila dure... treinta y cinco veces más en caso de no usar la radio. Si con el estándar la pila dura un mes en modo standby, con el CMOS durará 35 meses, tres años, o sea que la pila moriría de vieja más que gastada.

Todo esto, por supuesto, son preocupaciones a tener en cuenta sólo si la radio se va a hacer funcionar a pilas.

Otra diferencia del CMOS respecto al estándar (en nuestra contra) es que la intensidad máxima en la salida (pin 3) es ahora la mitad: Unos 100 mA, pero esto no es problema según vemos a continuación:

2) Ahora no conectaremos directamente el dispositivo a accionar (la radio) al pin 3 del 555: En su lugar, intercalaremos un transistor tipo NPN que, con su efecto amplificador, nos permitirá gestionar cargas que consuman mucho más que los 100/200 mA que permiten los 555

Podemos elegir entre varios transistores para el consumo previsto según la tabla en la figura 5. He elegido el transistor TIP31, económico y que permite trabajar con hasta dos amperios, corriente muy superior a la que consumirá la radio. Este transistor no se calienta lo más mínimo y no necesitará disipador. 

La corriente de base en los transistores no necesita ser muy alta para hacerlos conmutar, por eso ponemos la resistencia de 220Ω entre pin 3 de 555 y base de Q1. Con esto evitamos que el 555 tenga que entregar una corriente innecesariamente alta.

Importante: Ahora, la tensión obtenida en la salida es la misma que la de alimentación. No perdemos esos 1.7 voltios como ocurría en el circuito versión básica. Otra ventaja más...

Ahora sí que lo tenemos:

- Gran sensibilidad al tacto
- Consumo inapreciable (0.1 mA) en standby
- Posibilidad de manejo de corriente elevada



Prueba en protoboard

Este circuito se monta en un instante. Primero probé con la versión básica del esquema (fig 4), y las cifras coinciden con el datasheet: Consumo en standby: 3.5 mA. Puse una vieja radio para probar el circuito. La conmutación on/off se realiza de forma impecable, sin fallos, como podéis apreciar en el vídeo.

Después, sustituí el integrado 555 standard por uno CMOS. Usé la misma radio para probar. Nuevamente, coincide con el datasheet el consumo standby: 100 µA. La conmutación tampoco falla.




Lista de componentes

Este no es un proyecto por sí mismo. Necesita formar parte de otro. Por eso no haré montaje en este vídeo. Lo haré en el vídeo correspondiente al "Circuitos ÚTILES 10. Radio FM", que será el que lo incorpore.

Los componentes para este interruptor táctil son:

- Circuito integrado 555 (standard o CMOS, según las exigencias). Nosotros usaremos el CMOS

- Dos resistencias de 3M3Ω, (3,300,000 Ω), naranja-naranja-amarillo 1/2W

- Una resistencia de 220Ω, (rojo-rojo-marrón) 1/2W

- 1 condensador poliéster 10 nF (tensión, la mínima, p.ej: 63v)

- 1 Transistor TIP31




El vídeo






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Circuitos ÚTILES. 10. Radio FM

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INDICE

Características de la radio
Una radio con cuatro circuitos integrados
¿Qué emisoras podemos captar?
Opciones de sintonización: Condensador variable vs diodo varicap
Opciones de alimentación: Pilas y 220/125v AC
Novedad: Encendido táctil
Esquema de la radio
Lista de componentes
Montaje en protoboard
Montaje
   - Diseño previo de la radio
   - Diseño y elaboración del PCB
   - Fijar componentes al PCB
   - Probar radio en PCB
   - Elegir y mecanizar... sí: Un tupper
   - Acoplar piezas al tupper
Radio terminada




Características de la radio


Había dos versiones de radio que me llamaron la atención. Os pregunté en twitter y en facebook qué versión preferíais y claramente la versión 1 "clásica" fue la que más adeptos tuvo.

Tiene estas prestaciones:

Banda: FM
Rango: 87.5-110 Mhz
Posibilidad de explorar otras frecuencias (1.5 - 110 Mhz)
Sintonía: Con diodo varicap
Potencia audio: 1W aprox.
Sonido: Mono.
Salida de auriculares
Alimentación: 9v, a pilas o alimentador externo 9v
Novedad: Encendido/apagado táctil
La salida de auriculares sirve para conectarla a un amplificador externo
El piloto On/Off se convierte en linterna accionando un interruptor
Sonido claro y limpio

No hay componentes SMD, por lo que se considera un montaje apto para iniciados. Sólamente hay que hacer dos bobinas manualmente, y son muy sencillas de hacer. 




Una radio con cuatro circuitos integrados

Usaremos cuatro integrados:


[Fig 1] Circuito Integrado TLC555
TLC555: Para el encendido y apagado táctil de la radio. Es la versión CMOS del 555, con un consumo en reposo muy reducido (100 µA). 

Es un circuito muy versátil que puede configurarse como temporizador, oscilador, divisor de frecuencia, modulador y, en nuestro caso, como biestable, también llamado flip-flop.









[Fig 2] Regulador 7805
7805: Estabilizador de 5 voltios, positivo. La parte de la radio debe recibir una tensión muy estable para que funcione de modo fiable, máxime cuando el método de sintonía será por diodo varicap, que exige una tensión de referencia fija.

Gracias a este componente podremos alimentar a la radio con cualquier tensión entre 7 y 15 voltios.






[Fig 3] Circuito Integrado TDA7000
TDA7000. Este integrado fue creado por la marca philips para poder construir una radio FM compacta y sencilla. No es necesaria una sección de FI con bobinas sintonizadas ni componentes que tiran para atrás al aficionado. La sintonía se puede hacer mediante el clásico condensador variable o, mejor aún, con diodo varicap, manipulando una tensión (así lo haremos nosotros).

No termino de entender porqué en Internet tanta gente habla mal de este chip como si fuese el parangón de lo obsoleto, de lo inútil, cuando me consta que hay radios comerciales con prestaciones no superiores a las que brinda este chip.

Buena prueba de su demanda es que en cualquier tienda de electrónica te lo sirven. Y si no lo tienen en stock, te lo piden.



[Fig 4] Circuito Integrado TDA2822M. Amplificador de audio
TDA2822M. Amplificador de audio de 1W. Es estéreo, pero se puede configurar para mono. Me ha parecido ver que es más inmune a zumbidos y acoples que el conocido LM386.

Proporciona un sonido limpio y, probablemente, un poquito más potente que el LM386, a pesar de estar siendo alimentado por tan sólo 5 voltios (funciona desde 3 hasta 15 voltios según datasheet)







¿Qué emisoras podemos captar?

La cantidad de emisoras dependerá de tu ubicación y de cuántas emisoras haya en la zona donde tú estás. En mi caso, una vez lista la radio, llegué a sintonizar más de 20 emisoras. 

En este proyecto tenemos que construir dos bobinas, pero son muy fáciles de hacer. Tienen sólo 4-7 espiras y no tienen núcleo, o mejor dicho, es de aire. En menos de cinco minutos se hacen las dos.

En el vídeo se muestra la forma de ir afinando en la construcción de las bobinas hasta cubrir enteramente el espacio radiofónico reservado a la FM, desde 87.5 hasta 108 Mhz. Para esto nos ayudaremos de otra radio, mejor si es con dial digital, y por comparación, sabremos si nuestra radio está abarcando esa gama de frecuencias de 87.5 a 108 Mhz.


[Fig 5] Dial FM

Si haces las bobinas con otros valores, puedes sintonizar frecuencias fuera de ese margen. Concretamente, si haces L2 con más espiras y/o más diámetro, sintonizarás emisiones por debajo de 87.5 Mhz, llegando incluso a 1.5 Mhz, lo que da bastante juego...




Opciones de sintonización: Condensador variable vs diodo varicap

Hay innumerables esquemas para el TDA7000, la mayoría con la opción del condensador variable para sintonizar. Unos pocos esquemas ofrecen sintonía mediante diodo varicap. Esta última me parece una opción más interesante y sencilla.
[Fig 6] Condensador variable

La sintonización por condensador variable consiste en desplazar una armadura de láminas móviles sobre otra armadura de láminas fijas. Según se introduzcan más o menos esas láminas unas en las otras, la capacidad del condensador varía, y con ello, la sintonización. Este método es el más antiguo, y tiene sus limitaciones:







- Necesita una desmultiplicación mecánica, pues accionar directamente sobre el eje del condensador variable hace casi imposible detenerse con precisión en una emisora concreta. Es el conocido "dial" de las radios clásicas, basado en un hilo de nylon que corría por varias poleas y engranajes. Sistema mecánico sencillo en apariencia, pero que encierra gran complejidad para un aficionado.

- Un condensador variable puede tener un tamaño considerable

- Es un componente complejo y difícil de fabricar: No es barato

- El condensador variable es sensible a factores ambientales. Por ejemplo, el polvo, que con el paso del tiempo se acumula en sus armaduras, cambiando sus características, falseando el funcionamiento de la radio o produciendo ruidos en el audio cuando se acciona dicho condensador.

Por el contrario, la sintonía por varicap es más sencilla de construir, ocupa menos volumen, es inmune a agentes físicos, no necesita mecanismos (excepto el sencillo y barato potenciómetro) y es más económica.


[Fig 7] Diodo varicap


La sintonía con diodo varicap se basa en que cuando se polariza inversamente un diodo, éste no conduce, pero la barrera interna del diodo se comporta como un condensador, y su capacidad varía según la tensión aplicada al diodo. En realidad, este fenómeno ocurre en todos los diodos, pero el diodo varicap se fabrica a propósito para potenciar este fenómeno.




Así que, en lugar de mover un delicado sistema de láminas, simplemente se varía una tensión, algo que se puede hacer con un potenciómetro.

La tensión aplicada al varicap debe ser muy estable. En caso contrario se perderá la sintonía. Esta es la razón de porqué alimentaremos la radio a través de un regulador tipo 7805 que suministra 5 voltios muy estables, evitando las fluctuaciones propias de una pila según se va gastando, o las del alimentador 220/9 voltios. 

Opciones de alimentación: Pilas 9v y alimentador 220/125v AC (9v=)

Esta radio funcionará tanto a pilas como con corriente de red 220/125v

Para la opción "pilas" usaremos una de 9v. El circuito de la radio funciona a 5 voltios muy estables suministrados por un regulador 7805. Pero un regulador, para funcionar correctamente, necesita dos voltios más. Así que nos vamos a 7 voltios, que es un valor no estándar en pilas, pero sí lo es el de nueve voltios. A un 7805 se le pueden aplicar hasta 35v en su entrada, así que 9v no son problema.
[Fig 8] Podemos usar un alimentador desde 7 a 15 voltios

En cuanto a la opción 220v, puesto que el consumo va a ser reducido, prefiero evitar poner una fuente en el interior de la radio. Mejor usaremos un alimentador externo de 220/125 AC a 7-15 voltios DC. 

Así, este proyecto no tendrá ningún riesgo eléctrico, la radio será mas pequeña y pesará menos, y también evitamos que se metan zumbidos de 50Hz en el audio. Además, es una opción más económica.



La tensión del alimentador puede ser en ese rango (7-15v) porque la radio será alimentada invariablemente a 5 voltios gracias al 7805, y el TLC555 (que no se alimenta desde el 7805 sino directamente) puede funcionar en ese rango de tensiones de 7-15 voltios. 

Así que, en cuanto a tensión, esta radio es un poco "todo terreno".



Novedad: Encendido táctil

Como innovación, esta radio dispone de un sistema táctil en el que bastará con rozar una pieza metálica para encenderla y apagarla, sin interruptor, sin piezas móviles. A este sistema táctil le he dedicado un vídeo y un artículo en este blog:


Cómo hacer un interruptor táctil: Vídeo, Blog

Es un circuito con sólo seis componentes de bajo costo.

Esquema de la radio


[Fig 9] Esquema de la Radio


Este esquema tiene varias secciones, vamos a verlas por separado:

- Interruptor táctil y fuente de alimentación
Parte derecha-superior del esquema. A cargo de un integrado TLC555 y un regulador 7805 (que también es un integrado). Sirve para encender/apagar la radio, y también proporciona la tensión de funcionamiento de 5 voltios, bien estabilizada.


[Fig 10] Interruptor táctil + fuente
En la parte central-abajo están la pila y la entrada de 7-18v DC que alimentarán a la radio. Si no conectamos nada en el jack será la pila la que haga funcionar a la radio. Si conectamos el jack, se produce la conmutación: La pila se desconecta y será el alimentador externo el que entra en acción.

Sea cual sea la fuente elegida (pila o alimentador), la tensión es enviada a la entrada del interruptor táctil, tal y como indican las flechas (+9v, 0v)

Si tocamos los contactos del pin 2 del 555, se pondrá a nivel alto su salida en el pin 3, activando el transistor Q1 que dará tensión a la radio, poniéndola en marcha. La razón de poner Q1 es que el 555 sólo puede suministrar 100 mA en su pin 3, y la radio va a consumir un poco más, sobretodo si se hace funcionar a volumen alto. 

Muy importante un detalle: Este circuito tiene dos negativos o "masas":

1) El de esta sección del 555
2) A partir del colector de Q1, la masa del resto de la radio.

No deben ser confundidas y no deben estar conectadas entre sí.

Ahora, si tocamos los contactos del pin 6 del 555, si la radio estaba encendida, se apagará.


Un poco más a la izquierda en el esquema nos encontramos con IC2, un regulador para 5 voltios positivo. En su patilla derecha recibe los 7-18 voltios que le proporciona el circuito del 555, y los entrega en la patilla izquierda convertidos a 5 voltios muy estables. Esta tensión de 5v será utilizada en varios puntos de la radio.


- Piloto y linterna
Arriba a la izquierda está D2, un diodo LED de alto brillo que funcionará como piloto para indicar si la radio está encendida o apagada. La función de un indicador o piloto es indicar algo, no iluminar. 

Entonces ¿Porqué poner un LED de alto brillo?
[Fig 11] Piloto indicador y linterna


Porque son más eficientes que los LED comunes. Para que sólo luzca lo suficiente como piloto, lleva una resistencia de 10KΩ en serie (R11) que limitará la intensidad que circula por él a valores de unos microamperios.






Por el coste suplementario de sólo un pulsador o interruptor (SW2) y otra resistencia (R10) de 220Ω que pondremos en paralelo con R11, el LED D2 funcionará a su potencia nominal cuando pulsemos SW2, convirtiendo la radio en una linterna.

Incluso trabajando a plena potencia en modo linterna (con SW2 activado), D2 sólo consumirá unos 10 mA.



- Radio FM
Es el receptor de radio en sí, a cargo de un integrado TDA7000


[Fig 12] Radio
Partes destacadas:

Pines 13 y 14: La recepción de las ondas de radio de FM. La antena puede ser un simple trozo de cable, aunque nosotros procuraremos poner una antena telescópica como las que normalmente se usan en radios de FM. Aquí va la bobina L1 que construiremos así:








[Fig 13] Bobina L1. Definitiva
Sobre un destornillador o cualquier 
otro objeto cilíndrico de 3 mm de grosor bobinaremos 5 espiras y media de hilo de cobre esmaltado de 0.8 mm de diámetro. Hay que lijar ambos extremos de la bobina para retirar el esmalte aislante del cobre. Apretaremos las espiras para que estén juntas (no habrá contacto eléctrico gracias al esmalte). A continuación extraemos la bobina del destornillador. Quedará como la figura 13:





Pines 4-5: La sintonía o búsqueda de emisoras. Como ya comenté, será mediante diodo varicap (D1) del tipo BB105, bastante común. La búsqueda de emisoras se realiza accionando el potenciómetro R5, de 100K lineal, mejor del tipo multivuelta para sintonizar con precisión las emisoras. Foto a la derecha.


[Fig 14] Bobina L2

Esta es la segunda bobina, L2, 
construida del mismo modo que L1 pero con estas dos diferencias:

- 7 espiras y media
- Bobinada sobre un destornillador o cualquier objeto de 3 mm de grosor.








Sobre las bobinas debo decir que probablemente tengáis que hacer varios ejemplares para probar cuál es la mejor, especialmente L2 que es la encargada de la sintonía. Yo también tuve que hacer unas cuantas, pero afortunadamente son fáciles de hacer. La razón de esto es que, a estas frecuencias de varios Mhz, basta con una mínima variación en una bobina para que el circuito funcione de modo distinto.



[Fig 15] Merece la pena sentarse tranquilamente y hacer varias bobinas distintas para probar. 
Siempre usé hilo de 0.8 mm de diámetro, así que lo que cambié fue el número de espiras (de 3 y 1/2 a 7 y 1/2)


y/o el diámetro interno de la bobina (de 2.4 a 4 mm)

Pin 2: Es la salida de audio del TDA7000, aunque sin potencia suficiente para mover un altavoz, ni siquiera unos auriculares. Necesita ser amplificada.


Alimentación +5v: En dos puntos del esquema de la radio veremos la leyenda "+5v" con una flecha apuntando hacia arriba: Debemos conectar estos puntos a la línea de +5v que sale del pin izquierdo de IC2 (7805).


- Amplificador de audio:



[Fig 16] Amplificador de audio
La cuarta y última sección de circuito. A cargo de IC4, un TDA2822M
Toma la señal de audio proveniente del pin 2 del TDA7000 y la eleva hasta un nivel suficiente como para excitar un altavoz y unos auriculares.

La señal pasa por el potenciómetro (R7) que actúa como control de volumen, aplicando esa señal al pin 7 de IC4, que es su entrada de audio.

El TDA2822M es estéreo, pero puede configurarse como mono, caso de este circuito. La alimentación de +5v se aplica al pin 2, y se toma del terminal izquierdo de IC2 (7805) tal y como señala la flecha. El condensador C23 de capacidad generosa (2200 µF ) permite a IC4 procesar el sonido con la menor distorsión posible, especialmente cuando se le hace trabajar en condiciones "duras": A alto volumen y cuando predominan los tonos graves.

Con IC4 en configuración "mono", la salida de audio amplificada es en los pines 1 y 3 que llevaremos al altavoz a través de un interruptor (SW1), de modo que nosotros elegimos si debe sonar el altavoz o no.

En paralelo con esta salida conectaremos una toma de auricular (por supuesto, mono y sin desconectador) y pondremos una resistencia atenuadora (R10) de 100
Ω, pues si hacemos sonar los auriculares directamente con la misma señal del altavoz, el sonido será ensordecedor y pueden romperse los auriculares.

C28 tiene por misión bloquear cualquier componente de corriente continua que pudiera haber, dejando pasar sólo la alterna (es decir, el sonido) evitando sobrecargar inútilmente el altavoz, los auriculares y el propio IC4, además, ahorrando pila.


Lista de componentes


[Fig 17] Componentes para hacer la radio


COMPONENTES AUXILIARES


- Un tupper o caja de tamaño adecuado
- Antena telescópica (o un trozo de hilo con una pinza de cocodrilo)
- Pila de 9v alcalina
- Portapilas para pila de 9v
- Velcro para fijar la pila
- Botones para los potenciómetros de sintonía y volumen
- SW1 y SW2: Dos interruptores miniatura empotrables (altavoz, linterna)
- Toma DC con desconectador, empotrable
- Toma auricular 3.5 mm, mono, sin desconectador, empotrable
- 4 Chinchetas enteramente metálicas para hacer los sensores On/Off
- Altavoz 8Ω-16Ω 2-3W
Para sujetar el altavoz al tupper:
- 4 tornillos M3 largo 15 mm, 4 tuercas M3 y 4 arandelas para M3


COMPONENTES PARA EL CIRCUITO

- Circuito impreso virgen, de una capa
- Los materiales y herramientas necesarios para hacer el PCB
Para sujetar el PCB al tupper:
- Cuatro separadores de plástico. Largo 20 mm. Orificio interno 3-4 mm
- 4 tornillos M3 largo 30 mm, 4 tuercas M3 y 4 arandelas para M3

Las siguientes resistencias a 1/4W. Si son de más potencia funcionará igual, pero ocupan más espacio y son más caras. 

- R1 3M3Ω (3,300,000Ω) naranja-naranja-verde
- R2 = R1
- R3 220Ω rojo-rojo-marrón
- R4 10K (10,000Ω) marrón-negro-naranja
- R5 Potenciómetro 100KΩ lineal (mejor si es multivuelta) (Sintonía)
- R6 18KΩ (18,000Ω) marrón-gris-naranja
- R7 Potenciómetro 10KΩ logarítmico (volumen)
- R8 4R7 (también 4Ω7) (4.7Ω) amarillo-violeta-negro
- R9 = R8
- R10 100Ω marrón-negro-marrón

Los siguientes condensadores:
Si son electrolíticos: Para 16 ó 25v.
Si son de poliéster o cerámicos: Para la mínima tensión, por ejemplo: 63v.
Si son de más voltaje no pasa nada, pero serán más grandes y más caros.

- C1 Condensador 10n (10 nano-faradios)
- C2 Condensador electrolítico 100µF / 25v
- C3 Condensador electrolítico 470µF / 25v
- C4 Condensador 100n
- C5        "          3n3

- C6        "          150p (150 pico-faradios)
- C7        "          100n
- C8        "          330p
- C9        "          220p
- C10      "          10n

- C11      "          150p
- C12      "          180p
- C13      "          39p
- C14      "          47p
- C15      "          2n2

- C16      "          4n7
- C17      "          100n
- C18      "          100n
- C19      "          3n3
- C20      "          330p

- C21      "          2n7
- C22      "          electrolítico 4.7µF/16
- C23      "          electrolítico 2200µF/25
- C24      "          100n
- C25      "          electrolítico 1µF/25

- C26      "          10n
- C27      "          100n
- C28      "          electrolítico 1000µF/25

- L1 5 vueltas y 1/2 cobre 0.8 mm sobre objeto de 3 mm de diámetro
- L2 7 vueltas y 1/2 cobre 0.8 mm sobre objeto de 3 mm de diámetro

- D1 Diodo varicap BB105
- D2 Diodo LED de alto brillo, blanco o azul

- Q1 Transistor TIP31 o equivalente NPN

- IC1 TLC555 ó LMC555
- IC2 Regulador 7805
- IC3 TDA7000
- IC4 TDA2822M


Montaje en protoboard

Una vez claras las cosas monté la radio en el protoboard. Quise probarla antes de completar el montaje con el amplificador de audio, por lo que tuve que usar la entrada "auxiliar" de un equipo musical.

Dar con los valores de las bobinas L1 y L2 resultó más fácil de lo esperado, pero dichos valores (en mi caso) no coinciden exactamente con lo publicado en otros muchos esquemas, y es probable que también te suceda a ti.

En el vídeo puedes ver el proceso que seguí para determinar los parámetros de las dos bobinas L1 y L2.

Una vez ajustada la radio me sorprendió el buen funcionamiento, sobretodo teniendo en cuenta que los circuitos de RF no suelen tener buen comportamiento en protoboard.

- sonido claro y limpio
- sintonizaba más de 20 emisoras
- gran estabilidad: Las emisoras sintonizadas no "se iban" con el tiempo
- si apagabas la radio y la encendías horas después, ahí estaba esa emisora...

A continuación monté el amplificador de audio con el TDA2822M, el piloto con la opción linterna, y la salida de auriculares. Todo funcionaba perfectamente.

Estuve un par de días dándole vueltas a este montaje, usándolo, esperando que apareciese cualquier posible fallo oculto. Viendo que era fiable, decidí "pasar a limpio" el esquema y comenzar con el montaje.



Montaje

DISEÑO PREVIO DE LA RADIO
Consiste en elegir una caja (Tupper) de tamaño adecuado y tratar de ubicar los componentes de la radio en él. De momento no se conectan los componentes, sólo se comprueba que su ubicación es correcta, que no chocan entre sí... 


DISEÑO Y ELABORACION DEL PCB
Usando el método del rotulador, seguí los pasos del tutorial de electrónica básica cap.15 para hacer el PCB:


[Fig 18] Boceto del PCB
[Fig 19] Diseño real del PCB



















[Fig 20] Diseño rotulado sobre el PCB
[Fig 21] El PCB ha sido sometido al ataque con ácido

[Fig 22] Taladros y serigrafía hecha






















SITUAR COMPONENTES EN EL PCB
A través de los taladros hechos en los pads, vamos insertando los componentes en el PCB y soldándolos. Es preferible seguir este orden:

- Puentes
- Resistencias
- Regletas
- Condensadores
- Diodos
- Transistor
- Circuitos integrados
- Bobinas L1 y L2

Las bobinas L1 y L2 son delicadas en el sentido de que si las manipulamos las deformamos, y eso cambiará por completo el comportamiento del circuito.


[Fig 23] PCB terminado con los componentes soldados



PROBAR RADIO EN EL PCB
Una vez terminado el PCB, hay que probarlo antes de proseguir con el montaje, no sólo para confirmar que el circuito está bien sino para comprobar que L1 y (sobretodo) L2 están bien dimensionadas para las nuevas condiciones del circuito. La nueva disposición de los componentes respecto de como estaban en el protoboard provoca que las capacidades e inductancias parásitas cambien, y con ello el comportamiento de la sintonía. Esto es de gran incidencia en circuitos de RF (Radio Frecuencia).

Tal y como me temía, ocurrió: No se podía sintonizar ninguna emisora. Tras cambiar L2 en tres ocasiones, logré centrar la sintonía en el tramo 88-108 Mhz propio de la FM.


ELEGIR Y MECANIZAR... SI: UN TUPPER
Encontré un tupper de tamaño adecuado, y le hice todos los taladros necesarios para fijar todos los componentes:


[Fig 24] Tupper elegido como caja para la radio

- PCB
- Altavoz
- Antena
- Potenciómetros (Sintonía y volumen)
- Interruptor linterna
- Interruptor altavoz
- Toma de auriculares
- Toma de corriente


ACOPLAR PIEZAS AL TUPPER
Con todos los taladros ya hechos, puse cables de largo adecuado en todas las regletas o conectores del PCB, y en un momento armé todo.


[Fig 25] Los cables para conectar los anexos ya están en sus regletas




Radio terminada


[Fig 26] Radio terminada. Vista trasera






























[Fig 27] Radio terminada. Vista frontal




El vídeo






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Bomba de VACÍO con motor de tensiómetro

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INDICE


Cualidades de la bomba de un tensiómetro
Precedente: Bomba V1.0
Materiales necesarios
Construcción:
   Extraer bomba del tensiómetro
   Elección del frasco
   Insonorización
   Mecanizado de la tapa del frasco
   Conexión neumática de la bomba
   Conexión eléctrica
Prueba y prestaciones
Usos
El vídeo




Cualidades de la bomba de un tensiómetro

Bueno, por tensiómetro se entiende ese dispositivo médico que sirve para tomar la tensión arterial.


[Fig 1] Tensiómetro (de brazo)




En los tensiómetros modernos, para ser unas máquinas de tamaño tan reducido y además alimentadas a pilas, es llamativa la fuerza que tienen. Te colocan el brazalete, pulsan "start" y notas como ese brazalete presiona tu brazo con bastante fuerza. 

La cosa no queda ahí. Llega un momento en que el tensiómetro deja de inflar el brazalete, pero no es porque le falte fuerza a la bomba sino porque la electrónica le manda parar. Es decir, la bomba, conectada directamente a la alimentación, sin el control de los sensores electrónicos, sería capaz de producir más presión, seguramente hasta extremos dolorosos y peligrosos.

Aquí es donde vi el potencial de estas pequeñas bombas.




Precedente: Bomba V1.0

Hace cosa de un par de años subí un vídeo construyendo una bomba de vacío, esta vez basada en un compresor de los utilizados para inflar las ruedas del coche. Se venden en los chinos a unos 4-5€ y estos motores tienen fuerza suficiente como para producir un 85% de vacío, valor bastante alto que permite incluso envasar alimentos al vacío, si bien su consumo eléctrico era considerable. Su tamaño más bien grande obligaba a usar un frasco de dimensiones generosas: 2 galones, lo que viene a ser casi dos litros. También era bastante ruidoso, aunque en resumen, yo calificaría a esa bomba de vacío como "más que interesante".



Materiales necesarios

- Un tarro de cristal, con su tapa metálica en buen estado
- Un poco de cartón
- 3 espigas (o tres tubos que hagan la función de espiga)
- La bomba de un tensiómetro
- Un trozo de manguera flexible de diámetro adecuado
- Una regleta
- Un poco de cable
- Pegamento epoxi




Construcción:

EXTRAER BOMBA DEL TENSIOMETRO

En este modelo ha sido bastante sencillo. Se retiran dos tornillos de la tapa y ésta sale fácilmente. Debajo del display y el circuito se encuentra la bomba fijada por una pequeña abrazadera con dos tornillos. Se desueldan los dos cables y ya tenemos la bomba suelta.



[Fig 2] Abriendo el tensiómetro para extraer la bomba



ELECCIÓN DEL FRASCO

Será suficiente con que pueda albergar en su interior a la bomba. Debemos prever espacio de más, puesto que también tendremos que poner en su interior varias cosas más.



INSONORIZACIÓN

Para evitar que el motor golpe las paredes y el fondo del frasco y el ruido que con ello se genera, forraremos el interior del frasco con cartón. Haremos dos piezas: Una circular para el fondo, y una rectangular (que enrollaremos) para las paredes del frasco.


[Fig 3] Interior del frasco con el silenciador de cartón




MECANIZADO DE LA TAPA DEL FRASCO

En la tapa del frasco hay que hacer tres orificios para permitir tres funciones:

1) Que la bomba saque el aire fuera del frasco
2) Que el vacío creado en el frasco se pueda llevar al punto deseado
3) Pasar la alimentación eléctrica a la bomba


[Fig 4] Espigas de latón. Estas son soldables
En cada uno de esos taladros hay que fijar algo a modo de tubo. Yo utilicé las llamadas espigas, que se usan en dispositivos neumáticos. También se puede utilizar cualquier cosa parecida, incluso trozos de bolígrafo reciclados.

Se pueden fijar a la tapa pegándolas con un buen pegamento o mejor aún soldándolas con estaño plata. En este caso las espigas deben ser de latón para que el estaño agarre (en acero no agarra).




En la foto siguiente, una espiga situada en la tapa:


[Fig 5] Cómo debe quedar la espiga en la tapa



y en esta otra foto, las tres espigas ya soldadas, y limpias, sin restos de pasta de soldar ni la suciedad que se produce en la soldadura. Una espiga va hacia afuera, y dos hacia dentro:



[Fig 6] Las tres espigas soldadas y limpias




CONEXIÓN NEUMÁTICA DE LA BOMBA

Conectaremos la salida de aire de la bomba a una de las espigas que apuntan hacia el interior del frasco. Puede servir un trozo de manguera del mismo tensiómetro, y si no, usaremos uno de diámetro apropiado.


[Fig 7] Conectar la bomba a una de las espigas. La bomba sacará el aire del interior del frasco haciendo el vacío



CONEXIÓN ELÉCTRICA

Hay que llevar a la bomba, al interior del frasco, los seis voltios DC necesarios para que ésta funcione. Un cable lo pasaremos por la otra espiga que queda libre y que también apunta hacia el interior del frasco.(después hay que sellar esta espiga con pegamento).

El otro cable no lo pasaremos por la espiga sino usando la propia tapa como conexión: Soldamos dos cables a la tapa: Uno por fuera y otro por dentro. Nada que temer: Son sólo 6 voltios.

Ambos cables se sueldan a los terminales del motor. Aquí tampoco importa la polaridad. La bomba trabaja igual en un sentido que en otro.


[Fig 8] Regleta de conexión. Se venden en tiras largas,
y se cortan a la medida, en este caso 2 conexiones.

Importante: Los cables que salen de la bomba no deberíamos usarlos directamente para conectar los 6v, pues con el uso, la flexión constante terminará por romperlos, y la sustitución no es nada fácil en el caso del cable que va por la espiga (estará sellado con pegamento). 






Por eso, lo mejor es conectar estos cables a una regleta para que no se muevan. En el otro extremo de la regleta conectaremos los cables con los que alimentaremos a la bomba, y estos sí pueden ser sustituidos fácilmente en caso de rotura.



Prueba y prestaciones

Se hizo el mismo montaje que en la bomba de vacío anterior:

Polímetro en serie con la alimentación para monitorizar el consumo
Vacuómetro conectado a la bomba de vacío

Una vez todo en orden, suministré los 6v (DC, por supuesto) a la bomba y estos fueron los resultados:


[Fig 9] Probando las prestaciones de la bomba de vacío


Vacío máximo obtenido: 0.5 atmósferas (unos 320 mm Hg)
Consumo eléctrico
- Al comenzar: 240 mA
- Hecho el vacío: Igual o menor a 130 mA

El nivel sonoro es menor que en la versión 1.0



Usos

Con sus 320 mm de Hg y su reducido caudal, esta bomba puede servir para:

Construir una desoldadora por vacío, para tu taller de electrónica.

Compactar ropa en caso de no disponer del típico aspirador.

Experimentar en el taller/laboratorio



El vídeo



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Circuitos ÚTILES 11. Inversor 12v DC - 220v AC (25W)

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INDICE

Advertencia
Para qué sirve un inversor
Características de este inversor
Esquema
Lista de materiales
Construcción
Usos
El vídeo



Advertencia

Este circuito produce tensiones de 200-300 voltios por lo que un mal uso o distracción puede provocar un accidente



Para qué sirve un inversor

Si se desea elevar una tensión de 12 voltios a 220 voltios, pues se usa un transformador. Para eso están ¿No?

Lamentablemente, un transformador sólo funciona cuando se le aplica corriente alterna. Por ejemplo, la de casa, que cambia 50 veces por segundo de polaridad. Con corriente continua -como la de una batería- no funcionan.

Si conectamos corriente continua a un transformador, comprobaremos que en el secundario no obtenemos ninguna tensión. No se transfiere la energía. Lo único que ocurrirá es que circula la corriente continua por el transformador, calentándolo, llegando incluso a destruirse tanto el transformador como la fuente de corriente.

Para elevar la tensión de una corriente continua primero tenemos que convertirla en alterna. Entonces es cuando se puede usar un transformador para elevarla.

Así que podemos decir que un inversor es un oscilador, aunque eso sí: Un oscilador de potencia, que manejará una corriente elevada.

Un inversor básico es un circuito sencillo, pero a medida que se le añaden prestaciones o "extras" dicho circuito se complica. Un inversor avanzado tendría estas características:

- Gran potencia. Los hay para miles de amperios

- Onda senoidal pura (frente a onda cuadrada)

- Gasto cero si no hay carga conectada. Los inversores básicos siguen consumiendo aunque no haya una carga conectada.

- Sistemas de protección (sobrecarga, cortocircuito...)

- Estabilidad tanto en tensión como en frecuencia

- Circuito de alta frecuencia que permite usar transformadores pequeños, lo mismo que ocurre en las fuentes conmutadas respecto de las fuentes lineales convencionales.



Características del inversor

Tensión entrada: 9-14 voltios DC
Tensión salida: 200-290 voltios AC (la tensión baja si hay carga conectada)
Potencia máxima: 25W
Tipo de onda: Cuadrada



Esquema


[Fig 01] Esquema del inversor

Circuito sencillo a más no poder. Q1 y Q2 forman un circuito oscilador que alimentan el primario del transformador T1. En el secundario se obtienen aproximadamente 240 voltios.



[Fig 02] Transistores TIP35C en primer plano
Los transistores TIP35C pueden manejar hasta 25A (a 100 voltios), en esta aplicación se las verán con no más de 1.5A y a 12 voltios, por lo que no creo que nunca se rompan. Funcionan tan "relajados" que no necesitan disipador, pues no se calientan lo más mínimo, y esto es bueno, pues un disipador a menudo ocupa mucho más espacio que el propio transistor y su coste también suele ser bastante mayor. Eso que nos ahorramos...

Un TIP35C cuesta alrededor de 1 euro.







Lista de materiales


[Fig 03] Materiales

Estamos ante un proyecto poco exigente en cuanto a lista de componentes:

- Transformador:
     Secundario 9+9v. (Aquí actuará como primario)
     Primario: 0-220v. (Actuará como secundario). Toma de 125v opcional
- 6 Tornillos. 8 arandelas y 6 tuercas M3
- 4 Separadores de plástico para el PCB
- PCB montado con el circuito inversor
- 1 Tupper o caja
- 1 metro de cable, vale el rojo y negro de altavoz, sección mediana
- 1 base de enchufe para AC, de superficie (para empotrar)
- 1 Interruptor empotrable
- 1 Portafusible con fusible de 3A
- 1 Conector para encendedor. A veces estos conectores llevan fusible. 
     En este caso puedes omitir el portafusible anterior.

Para el PCB:
- Una placa virgen de 80 x 60mm
- R1  Resistencia 2K2 (Dos mil doscientos Ω, rojo-rojo-rojo)
- R2  Resistencia 560Ω (verde-azul-marrón)
- R3 = R2
- R4 = R1
  Las 4 resistencias de 1/2 W es suficiente.
- C1 y C2  Condensador electrolítico 10µF 400v
- D1 y D2  Diodo 1N4007
- Q1 y Q2 Transistor TIP35C



Construcción

El PCB se hace bastante rápido cuando es sencillo, como en esta ocasión. Os pongo unas fotos sobre el diseño del mismo:



[Fig 04] Diseño del PCB



[Fig 05] Pistas (Rotulador) en el PCB



















Una vez hechos los taladros y la serigrafía casera en el PCB, ponemos los componentes y los soldamos. Las pistas de cobre del colector de cada uno de los transistores así como la pista que une los dos emisores las he recubierto de estaño para darles una mayor conductividad.


[Fig 06] PCB terminado

Sujetamos a la tapa del tupper el transformador y el PCB.
Para el transformador usamos dos tornillos, cuatro arandelas y dos tornillos, de métrica 3 (M3). Para el PCB usamos cuatro tornillos, dos arandelas y cuatro tuercas también M3. No pueden faltar los cuatro separadores tubulares de plástico para dejar espacio entre el PCB y la tapa. El largo de estos separadores, en esta ocasión, es de 10 mm aunque sería suficiente con 5mm. 

Estos separadores se venden con longitudes distintas, en las tiendas de componentes electrónicos:

[Fig 07] Sujeción del Transformador y del PCB
















El último paso es conectar las cosas entre sí, y a esto va a ayudar bastante el uso de conectores. Hay dos: Uno de dos vías para el bobinado 9+9 del transformador y otro de tres vías para la entrada de corriente desde la batería. Utilizo la tercera vía para llevar el cable positivo hacia el central del 9+9 de T1:




[Fig 08] Cableado del inversor


Usos

Este pequeño gadget me parece útil para incursionar en el tema de los inversores, pero también es capaz de hacer trabajos útiles y concretos como ha quedado demostrado en el vídeo.

A pesar de ser de onda cuadrada ha hecho funcionar pequeños dispositivos de carácter más bien inductivo como es el caso de los alimentadores y cargadores.

Debemos desconectar este inversor cuando no se esté usando, pues aunque no haya nada conectado sigue gastando batería. Será suficiente con accionar el interruptor. Mejor aún desconectarlo de la batería.

Entre las distintas cosas que he probado y han funcionado:

- Lámparas LED de hasta 25W
- Cargador de móvil de 220v
- Alimentador 220v AC - 9v DC (Radio)
- Alimentador 220v AC - 18v DC (Mini-Taladro)
- Cargador de baterías de mi cámara de fotos/vídeo.



El vídeo





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Detector de "Niño al agua" para piscinas

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INDICE

Utilidad de este gadget
Tensión: 9v  Apto para todos e inofensivo en el agua.
Esquema y funcionamiento
Lista de materiales
Construcción
    Tupper elegido
    Base de madera
    Hacer y sujetar el péndulo
    Sujetar la alarma
    Sujetar la pila
    Hacer el PCB, sujetarlo
    Fijar interruptor ON/OFF a la tapa
    Fijar salida de sonido a la tapa
El vídeo




Utilidad de este gadget

Como cada verano, nos enteramos por los medios de comunicación de un sinfín de niños ahogados en piscinas, bajo distintas circunstancias, y de todas ellas la que nos ocupa es el caso de que el niño "desaparece" de la  vista de sus padres y se las arregla para acceder a la piscina.

Basta con que el niño pase desapercibido 5 minutos para que se produzca el desenlace fatal. Cuando los padres lo echan de menos y vienen a darse cuenta, ya es demasiado tarde.

Este dispositivo, flotando en la piscina, detectará la onda que se produce al caer el niño. Como las piscinas particulares suelen ser pequeñas, el tiempo de respuesta de la alarma es rápido.

No es el propósito de este montaje, pero también puede servir como detector de intrusos.



Tensión: 9v  Apto para todos e inofensivo en el agua.

Este dispositivo funciona a 9v, por lo que es totalmente seguro tanto a la hora de construirlo, como a la hora de manipularlo incluso en ambientes con agua.

Esquema y funcionamiento

[Fig 1] Esquema de la alarma contra caída de niños en  piscinas


Cuando cerramos el interruptor INT, la tensión de la pila de 9 voltios se aplica al tiristor (Thy): El negativo al cátodo (K) y el positivo al ánodo (A) a través de la alarma. Mientras el terminal puerta o "gate" (G) no reciba un impulso positivo, el tiristor no conduce. La alarma no suena.


Cuando el péndulo es sometido a una oscilación de amplitud suficiente, toca la pared fija y envía un impulso positivo de corriente al terminal G del tiristor produciendo su disparo. Aunque el péndulo no vuelva a tocar la pared, el tiristor sigue conduciendo (y la alarma sigue sonando) hasta que alguien lo desactive pulsando el interruptor INT.

No hay temporizaciones porque no son estrictamente necesarias, y en algunos casos hasta serían inconvenientes o ilógicas. Esto permite un circuito de gran sencillez, y lo sencillo suele fallar poco.

La resistencia R1 de 47
Ω limita la intensidad que se envía al terminal G del tiristor, pues no es necesario mas allá de unos miliamperios.

La resistencia R2 es para "engañar" al tiristor. Aquí ocurre un fenómeno: En algunas alarmas sucede que el tiristor no se queda enganchado, disparado. Esto  es  debido  a que algunas alarmas están basadas en una rápida sucesión de conexiones-desconexiones, y ya sabemos que cuando a un tiristor se le interrumpe la corriente aunque sea en un breve lapso de tiempo, se extingue (deja de  conducir).

La "trampa" consiste en poner R2 en paralelo con la sirena. Aunque en un momento dado la alarma no conduzca, lo hará R2 y con un valor que garantiza que el tiristor no se extinguirá. Según el datasheet del tiristor BT151, la corriente mínima de mantenimiento es de unos 10mA, por lo que un valor de 680Ω para R2 permite circular unos 17mA, suficientes para mantener activo al tiristor. Esta pequeña corriente de 17mA en R2 no supone ninguna alteración para el buen funcionamiento de la alarma.



Lista de materiales

No tiene mucho sentido tomar a rajatabla las medidas de algunos componentes que he utilizado: Si elegís un tupper, o una alarma de tamaño distinto, ya no os valdrán mis medidas, pero aún así las pondré:
Los materiales son:

- Un tupper

- Disco  de madera a modo de soporte para los dispositivos
- Pila de 9 v con portapilas (contactos con cables)
- Dos pequeños imanes de neodimio
- Un poco de acetato o material parecido
- Una alarma para 9-12v
- Péndulo basado en alambre 1.5 mm y tuercas + anillo conductor (cobre)

- Circuito PCB con:
- 4 conectores de dos vias
- R1 47Ω
- R2 680Ω
- Tiristor BT151 (aguanta hasta 12A, así que vamos sobrados)
- Dos separadores tubulares para el PCB

- Una "T" de  PVC de 40mm
- Dos  codos de PVC 40mm
- Un tapón PVC para tubo de 40mm
- Interruptor, mejor si es a prueba de agua
- Algún taco de madera para sujetar la alarma
- Tornillería: Varios tornillos rosca madera (30mm largo, 3-4mm diámetro)
- Tornillería: Varios tornillos rosca metal M3 con arandelas y tuercas para sujetar alarma, circuito, péndulo...

[Fig 2] Materiales a utilizar



Construcción

1) TUPPER ELEGIDO:

Deberá tener tamaño suficiente para albergar todas las cosas que irán en su interior. Son mejores los que tienen la base plana y mas bien achatados: Son más estables.


2) BASE DE MADERA

[Fig 3] Base de madera


He querido evitar a toda costa hacer taladros en el tupper para anular la posibilidad de que se abra una vía de agua y el invento acabe en el fondo de la piscina. 

Así que los dispositivos no los fijaremos en el tupper sino en una madera que descansará suelta en el fondo del tupper.






En la figura 3 sobre estas líneas está la base de madera con las marcas para señalar la posición de cada dispositivo. Es una buena idea "jugar" a disponer los dispositivos de la mejor manera posible y evitar que interfieran entre sí.

Este disco está hecho en panel de 4mm y tiene un diámetro igual al interior del tupper elegido. Lo corté con una sierra de marquetería.


3) SUJETAR LA PILA

Parece que no, pero sujetar la pila de 9v a veces puede ser un auténtico quebradero de cabeza. Esta vez voy a poner a prueba un método ultrarápido: Con dos pequeños imanes de neodimio la pila quedará adherida con bastante fuerza
a la base de madera. Para retirarla bastará con tirar de ella.

Los imanes de neodimio los podemos conseguir gratis de un viejo equipo de CD o DVD. Todos llevan dos imanes de este tipo en su lector láser. En este vídeo podéis ver como extraerlos:

Imanes de neodimio gratis de un viejo equipo CD/DVD

El método consiste en poner los dos imanes en dos taladros hechos en la madera base y encerrarlos por ambos lados con algún material tipo lámina, como el acetato.


4) SUJETAR LA ALARMA

En mi caso he utilizado un taco de madera. Lleva dos taladros para fijarle la alarma y otros dos taladros para fijarlo a la madera base. Es el taco de la izquierda en la foto siguiente:

[Fig 4] Maderas para sujetar alarma (izq) y sujetar péndulo (der)



5) HACER EL PCB, SUJETARLO

Parar hacer este circuito he aprovechado un trozo sobrante de otros montajes (no los tiro, los guardo, siempre resultan útiles para PCB de reducidas dimensiones como en este caso).
[Fig 5] PCB  lado componentes y lado pistas


Una  vez hecho el pequeño PCB le soldaremos los siete componentes: Cuatro conectores, dos resistencias y el tiristor. En esta ocasión solo he previsto dos taladros (y no cuatro) para sujetarlo a la madera base.

[Fig 6] PCB y sus componentes incluyendo tornillería para sujetarlo


6) HACER Y SUJETAR EL SENSOR (PÉNDULO)

El péndulo consta de una parte móvil y otra fija.

La parte  móvil: Un pequeño listón de madera sujetará al péndulo. Puedes ver las medidas de este listón en la figura 4. Se le hace un taladro para pasar un alambre galvanizado de 1.5 mm de grosor. Hacemos en la punta de este alambre una vuelta (nos ayudamos con un destornillador fino). Cortamos otro alambre y le soldamos en un  extremo el peso: Una tuerca M3 dentro de otra tuerca mayor (M8) y soldamos:

[Fig 7] Detalle de cómo hacer el peso del péndulo: Tuerca M3 dentro de tuerca M8 y alambre soldado con estaño

Parte fija: Cualquier cosa que tenga forma de anillo y que sea conductor de la electricidad. Yo usé un trozo de tubo de cobre de 67 mm de diámetro externo. Este anillo (en  mi caso) es innecesariamente largo de más, pero como digo en el vídeo, me resulta más fácil dejarlo así que cortarlo a la mitad y tampoco es ningún inconveniente.

Lo que si es totalmente necesario es que ambos elementos: Péndulo y anillo estén limpios y desprovistos de óxido, pues de lo contrario el contacto eléctrico puede fallar y no se disparará la alarma. Utilicé la taladradora con un accesorio de cepillo circular con cerdas metálicas para pulir el interior del anillo de cobre.

El diámetro recomendado para el anillo es el comentado: 67-72 mm. Si es mayor, la sensibilidad del péndulo puede verse disminuida y la alarma no saltará. Si es menor, será demasiado sensible y pueden darse falsas alarmas que, en este caso, serán bastante fastidiosas.

[Fig 8] Péndulo, parte móvil y parte fija. Del alambre sujeto en la madera debe salir otro cable (aún no está puesto)


7) FIJAR INTERRUPTOR GENERAL A LA TAPA

[Fig 9]  Interruptor general. Protegido contra lluvia


Pondremos en la tapa del tupper el interruptor general. La tapa será el único sitio donde hagamos taladros e irán sellados con silicona. Este interruptor está protegido de la humedad por un recubrimiento de plástico. En mi caso, era necesario un taladro rectangular de 28x22 mm para encajar perfectamente el interruptor.






8) FIJAR SALIDA DE SONIDO A LA TAPA

Un asunto que ha tenido que ser resuelto es, por un lado, la necesidad de que los dispositivos estén lo más protegidos posible, y por otro lado, la necesidad de permitir que el sonido de la alarma salga al exterior del tupper sin que por ello expongamos el dispositivo al agua (lluvia, salpicaduras, condensación...)

Vamos a cumplir con ambos requerimientos poniendo un conjunto de cuatro piezas de PVC sobre la tapa. Todas son de 40 mm de diámetro:

- Una "T"
- Dos codos (orientados mas bien hacia abajo)
- Un tapón (que habrá que taladrar totalmente para permitir salir al sonido)

Este montaje apenas afectará al equilibrio del dispositivo una vez esté en el agua, pues es simétrico. Y digo esto porque la última operación que deberíamos hacer sobre el detector es ponerlo sobre el agua y comprobar que flota horizontalmente sin inclinación ya que de no ser así el péndulo no estaría centrado y resultaría demasiado sensible (falsas alarmas).


[Fig  10]. Conjunto de PVC (40 mm) para permitir la salida del sonido (alarma)


El detector ya terminado incluyendo las conexiones. Se introduce el mecanismo en el tupper (queda suelto pero ajustado), se pone la tapa y... listo:

[Fig 11]. Detector  terminado




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DISIPADORES TÉRMICOS para electrónica SUPER-BARATOS

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INDICE

Los disipadores térmicos convencionales
El sustituto
Donde conseguirlo
El ahorro
El vídeo




Los disipadores convencionales

En un circuito electrónico hay ocasiones en que un semiconductor (transistor, diodo, circuito integrado) debe trabajar con un nivel de exigencia alto, es decir, debe manejar cierta potencia. Y esto genera calor en el semiconductor.

Si un semiconductor supera cierta temperatura corre el riesgo de destruirse permanentemente. Para evitarlo, esos semiconductores se fijan con tornillos o clips especiales en los llamados disipadores térmicos, y los hay de formas y tamaños muy variados.

En esta foto se muestra una pequeña colección de ellos:

[Fig 1] Disipadores térmicos comúnmente utilizados en electrónica. Abajo a la derecha, dos transistores.

Un problema que se nos presenta a menudo es que necesitamos un tamaño o forma determinada de disipador y no lo encontramos. Otro problema es que no son precisamente baratos. A menudo el disipador es más caro que el propio semiconductor al que protege.



El sustituto

Los perfiles para carpintería metálica (puertas, ventanas, sistemas correderos y muchos más) pueden servir como disipadores a un precio mucho mejor. Pero debemos elegir aquéllos que tengan una forma que sea parecida a la de los disipadores que vamos a sustituir, y lo curioso es que... los hay.

Y los hay de muchos tamaños y formas.

En la siguiente foto, un par de trozos de perfil de aluminio de dos tamaños, uno mediano-grande (izquierda), y otro francamente grande a la derecha (los hay más grandes aún, y también  más pequeños). Solamente tenemos que cortar al largo deseado, hacerle los taladros necesarios (el aluminio no es muy duro), y... disipador listo.

[Fig 2] Disipador convencional (centro).  Perfiles de aluminio (izquierda y derecha)



Dónde conseguirlo

Los trozos de perfil de aluminio de la foto anterior fig.2 los conseguí en un taller de carpintería metálica. En el taller, según van gastando los perfiles, a veces les sobran pequeños trozos que no suelen tener utilidad para ellos excepto venderlos como chatarra. Se pueden conseguir a buen precio y, lo mejor de todo: No tienes que cargar con un trozo de 6.4 metros que es lo que miden estos perfiles originalmente.



El ahorro

Si un disipador mediano-grande como el de la foto del comienzo de este post vale, por término medio, unos cuatro euros, un disipador hecho por nosotros con estos perfiles, si hacemos las cuentas, nos puede salir a sólo 0,70 euros.



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Regulador de POTENCIA para corriente continua

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INDICE

Cómo NO regular un motor DC
Concepto: Modulación por ancho de pulso (PWM)
Esquema
Prestaciones del mosfet IRF1407
Características de este regulador
Protoboard
Lista de componentes
La duración de la batería
Usos
El vídeo




Cómo NO regular un motor DC

En aplicaciones para muy poca potencia existe un circuito parecido a éste:


[Fig 1] Regulador  básico para DC

El circuito anterior está basado en un transistor bipolar (Q1), y se le hace trabajar explotando su característica de amplificación: A mayor tensión base-emisor, mayor será la corriente emisor-colector.

Debido a su gran sencillez a veces se utiliza este circuito para pequeñas potencias. Pero cuando la potencia va más allá de unos pocos vatios este circuito se vuelve muy ineficiente.

La resistencia interna del transistor provoca que una gran cantidad de electricidad sea convertida en calor, lo que resulta en una pobre eficiencia, además de desperdiciar la siempre escasa energía disponible en las baterías (en caso de que este circuito se use con baterías).




Concepto: Modulación por ancho de pulso (PWM)

Este sistema es mucho más eficiente y actualmente se utiliza en los reguladores de velocidad comerciales. También sirve para regular dispositivos de iluminación.

La principal ventaja de este método es que se desperdicia muy poca energía en forma de calor ya que se utiliza un mosfet en régimen de conmutación (encendido-apagado) en lugar de utilizar un transistor bipolar.

Otra ventaja es que se obtiene del motor un par (torque) elevado aunque se le haga girar a baja velocidad. Esta es una gran ventaja del PWM.

La pregunta aquí sería: ¿Cómo vamos a regular la velocidad de un motor con un dispositivo (mosfet) que funciona en régimen todo-nada? No olvidemos que un mosfet no trabaja de forma progresiva como un transistor bipolar sino más bien como un interruptor o un tiristor: Conduce o no conduce, y cuando conduce, lo hace al valor de la corriente máxima.

La respuesta es: Jugando no con la tensión, sino con el tiempo. Un mosfet es como un interruptor. Haciendo que éste conduzca durante un tiempo y que no conduzca durante otro tiempo, estamos "regulando" la potencia. En el siguiente dibujo vemos cuatro señales que consisten en impulsos de duración variable (pero siempre con la misma tensión). Estas señales se envían a la compuerta o "gate" del mosfet haciéndolo conducir sólo durante el tiempo en que esa señal tiene nivel alto:


[Fig 2]  Señales que el  integrado 555 (a través de su pin 3) envía al mosfet.

Puesto que estos impulsos se suceden de forma muy rápida, la carga (normalmente un motor) "ve" no una sucesión de impulsos sino el valor medio de esos impulsos. Aquí está el verdadero sentido de este sistema de regulación PWM (Pulse Width Modulation) o modulación por ancho de pulsos. Esta forma de trabajar por pulsos no supone ningún inconveniente para un motor, pues su inercia le impide seguir las rápidas variaciones (cientos o miles de veces por segundo) y más bien responde al valor medio.

Veamos esos cuatro casos de señales distintas para gobernar el mosfet, cada una de estas cuatro señales van rotuladas con un número en la figura 2:

1) Potenciómetro P1 a mínimo. No se envían impulsos. Motor parado.

2) Pulsos muy espaciados y/o breves: En el motor producirá una velocidad de giro baja, pues el tiempo en que hay tensión es sólo una fracción del ciclo de trabajo. No obstante la baja velocidad, el giro se produce con más fuerza (par) que con otros sistemas de regulación por tensión, pues aunque la tensión sólo está presente un porcentaje de tiempo pequeño, lo está a la máxima tensión. No olvidemos que el PWM es un sistema de regulación que controla tiempo, no tensión (que siempre es máxima). Pero el resultado final es como si controlásemos la tensión.

3) Los pulsos son más frecuentes y/o más anchos: La velocidad de giro del motor ahora es mayor. El tiempo en que la señal tiene nivel alto es prácticamente el 50% del ciclo de trabajo, por lo que el motor también estará girando con unas prestaciones de aproximadamente el 50% de su capacidad.

4) Los pulsos son muy frecuentes y/o son tan anchos que ocupan prácticamente el 100% del ciclo de trabajo: El mosfet conducirá prácticamente el 100% del tiempo, con el resultado de que también el motor girará al 100% de sus prestaciones.

Por supuesto, son posibles todos los valores intermedios entre los cuatro supuestos anteriores, lo que nos permite regular la velocidad del motor de forma continua y progresiva.



Esquema


[Fig 3] Esquema del circuito regulador de potencia para DC



Sobre estas líneas, el esquema completo del regulador.

En la parte izquierda están las baterías que alimentan al circuito. En este caso son dos baterías de 12v en serie que proporcionan 24v. Pero se puede usar una sola para obtener 12v. O tres para 36v. El circuito va a funcionar bien con esa gama de tensiones desde 12v a 36v.

La  parte central es un estabilizador de tensión para obtener los 12v para alimentar el 555. Como dije antes, este circuito puede funcionar hasta con 36v, pero es necesario obtener una tensión de 4.5 - 15v para alimentar al IC 555, independientemente de las baterías utilizadas. Esa es la función del zener D1 de 12v y el transistor Q1, un TIP31C de lo más común.

Más a la derecha, la parte de control. Un circuito integrado 555 será el encargado de generar esos pulsos de duración variable para controlar la velocidad del motor. A su vez nosotros controlaremos al 555 con el potenciómetro P1 que, con un puente de diodos (D2 y D3) conectados a los pines 4, 6 y 7 del IC555 cumplirán tal función.

En la parte derecha está la sección de potencia, con un mosfet recibiendo en su compuerta los impulsos generados por el C.I. 555 que salen por su pin 3. En serie con el mosfet está el motor que va a ser controlado. D4 tiene la función de absorber los pulsos de fuerza contraelectromotriz que generan los dispositivos basados en bobinas, tales como el motor, y evitar comprometer al mosfet.


[Fig 4] Mosfet montado en su disipador
El mosfet debe ir provisto de un disipador térmico cuyo tamaño dependerá de la potencia que vayamos a manejar. Este circuito puede servir para manejar 100W... o 1000W o quizás más. 

La potencia dependerá de las baterías y el motor que pongamos. Está claro que a más potencia, más grande tendrá que ser el disipador. 

En las distintas pruebas parece quedar demostrado que un disipador de 7cm x 7cm es más que suficiente para un motor de 200W y probablemente valdrá también para 500W. Para más potencia, simplemente poner un disipador más grande.



Prestaciones del mosfet IRF1407

Hay una gran cantidad de mosfet en el mercado, cada uno con sus prestaciones. He estado buscando uno que cumpla o supere las siguientes exigencias:


[Fig 5] Mosfet IRF1407 en encapsulado TO-220
1) Que soporte una tensión Surtidor-Drenador igual o superior a 36v, el equivalente a tres baterías en serie, por si alguien quiere hacer un montaje de altas prestaciones. El IRF1407 soporta bastante más allá: 75 voltios.

2) Que admita una intensidad realmente alta para tener flexibilidad de uso.

Lo mismo podemos hacer un regulador para unos pocos vatios, como un regulador para más de 1Kw. Según el datasheet del fabricante, el mosfet IRF1407 puede aguantar ¡¡130 amperios!! de forma continua, dejémoslo para más seguridad en "solo" 100 amp. Si vamos a trabajar a 36 voltios, una intensidad de 100 amperios suponen casi 4Kw. Y remarco: "Intensidad continua", porque picos de corriente breves, aguanta más de 500A. Sí, habéis leído bien: Quinientos amperios...

Realmente mucho más de lo que vamos a necesitar...

3) Que sea eficiente y no se caliente mucho. Gracias a su extremadamente baja resistencia interna de tan sólo 0.0078 ohmios, el calor generado en este mosfet es muchísimo menor que en otros tipos de semiconductor, lo que permite usar disipadores mucho más pequeños. Por si esto fuera poco, este mosfet puede trabajar hasta a 175ºC, ...siempre según datasheet del fabricante.

Si el calor generado por efecto Joule se rige por la fórmula:

P(w) = R (Ohmios) x I^2 (Amp)

Potencia (en vatios) = Resistencia (Ohmios) x Intensidad (Amp) al cuadrado

Supongamos que este mosfet es recorrido por una I de 20 amps. La potencia disipada (desperdiciada) en forma de calor será:

P(w) = 0.0078 x (20 x 20) = 0.0078 x 400 = 3.12W

Escasamente 3 vatios. Bastante poco, no está mal.

Si la resistencia interna del mosfet fuese de 1 ohmio, que es un valor aparentemente bajo (en lugar de 0.0078), la potencia disipada en forma de calor sería de ¡¡400W!!, algo totalmente inadmisible.

Es una  característica de agradecer que el mosfet tenga una resistencia interna de sólo 0.0078 ohmios.

4) Que sea barato. Lo anterior no servirá de mucho si el precio es prohibitivo.
Nada de eso: A pesar de sus excepcionales prestaciones, los tipos IRF1407, IRF1405 e IRF3205 cuestan entre 1€ y 5€. Hay muchos tipos más aparte de estos tres.

5) Fácil de encontrar. Otra característica que a menudo suele "fallar" en muchos esquemas: El circuito es genial pero ¡AY! un componente no se puede localizar, ha dejado de fabricarse, es obsoleto.... El mosfet IRF1407 actualmente es un componente bastante común.

A continuación os pongo el enlace al datasheet del IRF1407 así como una captura de la primera página de ese datasheet que contiene los parámetros más significativos:

Enlace al datasheet del mosfet IRF1407


[Fig 6]  Primera página del datasheet para el mosfet IRF1407

Hay otros muchos mosfet, unos con prestaciones similares, otros con más, y otros con menos. Comparto con vosotros una lista que creo es bastante completa. Si no encuentras el IRF1407 en tu localidad, prueba con otro de prestaciones similares, pero procura que tenga una resistencia RDS igual o inferior a 0.008 ohmios (Este dato está en la sexta columna en esa lista).

Lista de MOSFET con sus parámetros principales



Características de este regulador

- Para corriente continua (CC, DC)

- Tensión aplicable a la entrada: 12v - 36v. En este trabajo se aplicarán 24v, lo que se conseguirá poniendo dos baterías de 12v en serie. La limitación de 36v se puede superar obteniendo los 4.5-15v para el 555 mediante otros medios en lugar de Q1 y D1.


- Potencia máxima. Depende. En esta versión, unos 200W, que a 24v implica una intensidad de unos 10A. En las pruebas se ha demostrador que en estas condiciones el mosfet no llegaba a alcanzar ni 70ºC (y aguanta más de 175ºC), por lo que esta configuración valdría para 500W. Si se hace un disipador mas grande, por ejemplo de 7cm x 15cm, se pueden gobernar 1.000W o incluso más sin ningún problema, aunque para 1.000W aconsejo usar 36v en lugar de 24v, así también tendremos un consumo de 30A (en lugar de los 40A que tendríamos a 24v). Para obtener mas potencia, siempre que se pueda se elegirá subir la tensión en lugar de manejar más intensidad. Por ejemplo, para 500W, si en vez de usar 24v usamos 48v, necesitaremos la mitad de intensidad: 10A en lugar de 20A. En fin, se trata de jugar con la tensión y la intensidad. Ya sabéis: Potencia(W) = Tensión(V) x Intensidad(A).

Tened en cuenta uno de mis últimos vídeos donde se trata el recurso de hacer disipadores térmicos a la medida usando perfiles de aluminio de carpintería metálica, además, así ahorraremos dinero.


Vídeo: Cómo hacer disipadores térmicos con perfil de carpintería de aluminio


Protoboard

En esta ocasión, este circuito no será montado (de momento) en una PCB puesto que no sé exactamente cómo va a ser utilizado. A diferencia de otros circuitos, éste no es muy apto para ser encapsulado en un tupper o caja y ser utilizado como un dispositivo independiente. Esta es la razón de porqué (repito, de momento) no completaré el montaje. Lo haré más adelante si decido motorizar alguna de mis bicis.


[Fig 7] Circuito montado en protoboard.  Todo listo para someterlo a prueba

Pero sí lo montaré en protoboard para verificar que funciona y que es fiable, y hay que tener en cuenta que el protoboard ofrece unas condiciones más pobres que un montaje definitivo con sus buenas soldaduras y pistas generosamente anchas, recubiertas de estaño para facilitar la conducción especialmente en el circuito de potencia (mosfet).

Los cables que van al motor también tendrán que ser de sección suficiente y lo más cortos posible para evitar pérdidas. También está claro que todas las uniones eléctricas en la parte de potencia deben estar hechas pensando en que van a circular más de 10A (en este caso, para 24v y 200w)




Lista de componentes

Si decides hacer ya el PCB, necesitarás:

- Una placa de Fibra de vidrio, 150 mm  x 100 mm puede valer.

- Baterías: Las necesarias, en este caso, dos de 12v en serie (24v). En cuanto a la capacidad (Amperios-hora), un mínimo de 7 Ah. Con 12 Ah tenemos casi el doble de autonomía. Con 18 Ah la autonomía sería de casi una hora, pero también sube el volumen de las baterías, así como su peso y precio. Es una opción que hay que pensar, depende del uso que le vayas a dar, del tipo de trayectos: Si van a ser cortos o más bien largos.

- Un interruptor

- R1 Resistencia 100K (100.000 ohmios, marrón, negro, naranja) 1/2W

- R2 Resistencia 1K (1.000  ohmios, marrón, negro, rojo) 1/2W

- P1 Potenciómetro 100K, lineal

- C1 1nf 63v

- C2 10nf 63v

- D1 Diodo zener 12v

- D2 y D3 Diodos 1N4148

- D4 Diodo 10A, P0101

- Q1 Transistor NPN de uso general. El TIP31C vale

- Q2 Mosfet IRF1407

- DSP1 Disipador térmico de 7cm x 7cm para el mosfet (lo  haremos a partir de perfil de aluminio, del utilizado en carpintería metálica)

- IC1 Circuito integrado 555

- Motor DC: El elegido, acorde con las baterías, en este caso, 24v 200W



La duración de la batería
Me gustaría ampliar el tema de la duración de las baterías.


La duración de una batería viene determinada por el parámetro capacidad, que viene expresado en Amperios-hora. Sin embargo, ese valor es teórico. No se puede extraer el 100% de una batería, ni mucho menos. En el caso de las baterías convencionales de plomo-ácido, sólo se puede extraer el 50% de esa capacidad. Si se trata de baterías "estacionarias" podemos extraer hasta un 80% de su capacidad (pero también son bastante más caras).

Es muy sencillo. Pongámonos en el caso de una batería convencional de plomo-ácido que dice tener 18 Ah de capacidad. Bien, pues su capacidad real será la mitad, es decir, 9 Amperios-hora.

¿Y qué quiere decir 9 Amperios-hora? Pues que podemos extraer de esa batería:

-  9 amperios durante una hora
- 18 amperios durante media hora
- 4.5 amperios durante dos horas
- 36 amperios durante un cuarto de hora (suponiendo que pueda dar 36A)
- 2.25 amperios durante 4 horas

La multiplicación de los amperios y las horas resulta ser el número 9.
Esa será la capacidad o autonomía real de nuestra(s) batería(s)

Si el consumo medio del motor va a ser de 9 amperios, una batería de 18 Amperios-hora permitirá usar ese motor durante una hora. Si con ese consumo la bici circula a 20 Km/h, la autonomía será de... 20 Kms. Estas son cifras bastante aproximadas a la realidad.




Usos

- El uso más común de un regulador de este tipo es para motorizar una bicicleta. 

- También la iluminación es un buen campo de aplicación, especialmente los paneles de diodos LED. No todos los LEDs son perfectamente iguales: A una tensión por debajo de la nominal unos brillan más y otros brillan menos. Como este regulador PWM no actúa sobre la tensión, sino sobre el tiempo, hará que todos los LEDs funcionen a su tensión nominal, y de esta manera lucirán todos por igual. Con más o menos brillo según la regulación, pero lucirán todos los LEDs uniformemente, evitando el feo efecto de zonas mas iluminadas que otras en el panel de LEDs, cosa que sucede en reguladores basados en tensión.

- Cualquier aplicación en que  sea necesario regular una corriente continua.



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Tutorial Electrónica Básica. 08. El TIRISTOR

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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

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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)

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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

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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.




El vídeo:




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

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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

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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

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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.


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

***************************************************************

- 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

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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

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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

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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

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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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