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CONECTANDO MUCHAS MUCHAS FUENTES

 

Dijo el profesor del curso de Electrónica de Potencia: Diseñen cualquier circuito de control que utilice SCR's. Lo ideal hubiera sido emplear un Pic pero como aún no sé programarlos empleé en su lugar circuitos TTL. Al final, después de casi un mes de no saber qué hacer ni cómo hacerlo, llegué a esto:

La explicación de qué hace esto y cómo funciona está al final de la página.  Lo que me interesa destacar de este circuito es el hecho de que tiene toda clase de fuentes conectadas: Los circuitos 74lsxx funcionan con 5Vdc, el timer 555 está conectado a +9Vdc, y el op-amp tiene además -9Vdc. Los scr's (los dos triacs T1 y T2) están conectados a la salida de voltaje dc a través de sus compuertas, pero sus otras dos terminales están conectadas a un voltaje VAC (esta es la etapa de alta potencia).

A pesar de que el punto de tierra es común a todo el circuito, cada fuente es independiente de las demás. Para que dos o más fuentes se superpongan los polos positivos de las fuentes deben estar conectados al mismo punto, al igual que los polos negativos. En este circuito sólo uno de los polos de las fuentes están en el mismo punto (tierra) mientras que el otro polo es independiente. Por esta razón las fuentes no se superponen. Cada una se limita a alimentar a la etapa del circuito que se le ha asignado.

En el protoboard, lo que "ven" las fuentes en realidad es:

Y es así como están conectadas:

Aunque no lo parezca, las fuentes son independientes y no se superponen, es así como deben conectarse para un circuito con distintas etapas que operan a diferentes voltajes.

Si no se tiene una fuente que dé voltaje positivo y negativo (esto se consigue con un transformador con derivación a tierra antes de convertir el voltaje AC en DC) se necesitarán dos fuentes separadas (yo usé dos baterías de 9V). La fuente negativa será la que tenga su polo positivo conectado a tierra, la fuente positiva tendrá conectado a tierra el polo negativo. No se debe intentar obtener voltaje negativo y positivo desde una fuente de una sola polaridad conectando los polos en un sentido y luego jalando dos cables para conectarlos a los mismos puntos en sentido inverso, con esto sólo se conseguirá cortocircuitar la fuente y quemar los cables (sí, lo digo por experiencia!).

Puede que lo que esté diciendo parezca obvio, pero ya con el protoboard y las piezas delante las cosas no son tan claras, incluso se vuelven desesperantemente confusas, basta echar una mirada:

 

Y aquí con las fuentes ya conectadas:

Para la fuente de 5V usé una fuente AT de una computadora vieja. Las fuentes de 9V son dos baterías, y la fuente de voltaje alterno es un transformador de 220 a 20 VAC.

 


QUÉ HACE ESTE CIRCUITO

Éste circuito fué pensado como un temporizador para horno con dos fuentes de calor (en realidad son dos resistencias de metal que se calientan al paso de una corriente alterna). Al conectar el circuito una de las resistencias se enciende durante un minuto aproximadamente, luego se apaga y se enciende la otra durante un minuto. Éste ciclo se repite las veces determinadas por el circuito 74ls192 (el contador). El circuito 74ls74 es un flip flop tipo D que sirve para mantener el estado lógico que sale del contador. 

En el circuito en el protoboard las resistencias del horno están representadas por dos resistencias de 30Kohmios ya que este fué una demostración a baja potencia (me enteré después gracias a otro profesor que un horno que funciona a 220VAC suele jalar una corriente de 5 a 10 Amperios, lo suficiente como para derretir el protoboard como si fuera queso así que ahí no más lo dejé).

La configuración del Timer está hecha para conseguir una señal de reloj con un periodo de casi dos minutos y un duty cycle del 50% aproximadamente (un minuto en nivel alto y otro en nivel bajo). El pin "out" (pin 3) es el que va hacia el op-amp y hacia los relojes de los TTL's.

Acerca del Timer 555: Aquí


El relay está en modo normalmente cerrado.
Las dos resistencias de 470 Kohm permiten obtener un voltaje intermedio entre el "0" y el "1" de la señal proviene del timer (la cual varía desde 0 a casi 9 voltios). El op-amp está funcionando como un comparador. Si llega un "1" a la entrada no inversora, el voltaje n ésta será mayor al de la compuerta inversora y la salida el op-amp será un voltaje positivo. Éste saturará a los transistores npn (manteniendo a los pnp en corte) permitiendo que se llegue la corriente necesaria para disparar el tiristor T1 (también puede usarse un triac) y permitir que la carga RL1 se active (en el caso de un horno empezará a calentar una de las resistencias).
Si desde el timer llega un "0" el voltaje en la compuerta inversora del op-amp será mayor y la salida de éste será un voltaje negativo, lo cual saturará a los transistores pnp y cortará a los npn, y se disparará el triac T2 mientras que T1 dejará de conducir cuando la corriente alterna pase por cero (para fines prácticos es casi instantáneo). 

La señal de reloj también llega a los circuitos 74ls74 (flip flop D) y 74ls192 (contador BCD). El Flip Flop tiene la entrada D en uno lógico ya que el control se realiza a través de la entrada asíncrona "CLR". Mientras CLR no se active recibiendo un "0", la salida Q será uno lógico y la salida Q' será "0" (el relay se mantiene cerrado). 
Dependiendo de qué bit de salida del contador se elija (Qa, Qb, Qc ó Qd) pasarán 2, 4 u 8 o 10 ciclos antes de que el relay reciba la señal para abrirse.

Cómo funciona:
Si se elige Qb: Hasta que el contador no llegue a la cuenta "0100" (8 ciclos de reloj) esta salida se mantiene en "0". Debido a la compuerta inversora, (el CI 74ls04) la señal CLR del flip flop permanece desactivada pues se activa con un cero lógico. Cuando Qb cambia a "1" la entrada de CLR se activa (ya no importa el estado de la entrada "D") y la salida Q se hace cero, Q' se hace "1" y el relay se abre.

En el momento en que se abre el relay todos los transistores están en corte y las cargas RL se apagan. 

El Flip Flop se emplea para mantener la señal que va al relay, si la corriente de la salida Q' es muy pequeña, ésta puede ir a la base de un transistor npn y el relay al colector (en la práctica para 5 voltios se necesita una resistencia de 150 ohmios en serie con el relay).

El diodo zener es sólo para protección.

Lista de componentes:

2 fuentes de 9V, 1 de 5V y 1 fuente alterna la cual depende de lo que necesite las cargas que reemplazan a RL.

1 timer 555

1 contador como el 74ls192 o el 74ls191 (yo prefiero el 192 pues tiene un pin de reseteo)

1 circuito 74ls04 (compuerta not)

1 circuito 74ls74 (flip flip tipo D)

(tanto el contador como el fli flop y la compuerta not pueden reemplazarse por un pic)

Resistencias de 1 Mohmio, 2 Mohmios, 100 Kohmios, 150 ohmios, 1 y 2 Kohmios, 2 de 470 Kohmios, 2 de 680 ohmios y 2 de 470 ohmios.

1 op-amp de uso general (LM741)

1 relay de 5 voltios

3 transistores 2n3904 (npn)

2 transistores 2n3906 (pnp)

2 triacs

Si no se tiene un horno ni cables que aguanten un alto amperaje se pueden conectar focos o motores o resistencias que trabajen a baja potencia, la condición es que funcionen con voltaje alterno ya que si es directo no se apagarán pues los triacs, después del disparo desde la compuerta, se quedan "clavados" y siguen conduciendo hasta que la corriente pase por cero.