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REDISEÑANDO EL TEMPORIZADOR DEL PROFESOR

 

El profesor del curso de Electrónica de Potencia lo llamaba Temporizador, yo digo que es un "retardador de Señal", ya que el circuito debía activar su salida un tiempo después de que su entrada se activara. Estuvo pensado para funcionar para una alarma (de carro o de cualquier tipo) en el que es necesario tener un tiempo para salir después de activarla. El profesor nos dio el circuito pero nosotros tuvimos que calcular los valores de las resistencias y el condensador basándonos en las corrientes mínimas que necesitan los transistores para saturarse (están en régimen de switcheo) y acá están los valores que calculé:

Como se basaron los cálculos en las corrientes mínimas para que esto funcionara, éstos son los valores máximos que pueden tener las resistencias. Éstos fueron los valores reales que usé y con los que terminó funcionando:

De izquierda a derecha voy a denominar los transistores como T1, T2, T3 y T4. La fuente de 5V reemplaza a una señal digital que puede venir desde cualquier otro circuito. Si el switch está abierto se considera un cero lógico, si está cerrado es un uno lógico. Si la base de T1 recibe 5V una pequeña corriente pasará por su base y se saturará (conducirá corriente como un cable), por lo que T2 estará en corte (no conduce), el diodo que está conectado a la resistencia de 10Kohmios impide que la corriente de esta rama cargue al condensador. Mientras T2 estaba saturado (lo que sucede cuando T1 está en corte pues la corriente pasa por las resistencias de 530 y 30 Kohmios a la base de T2) la corriente que pasa por la resistencia de 1Mohmio se va a tierra a través del diodo y de T2. Si T2 está en corte, el condensador empezará a cargarse.

Cuando el voltaje del condensador supera el voltaje para el que está construido el zener (en este caso usé uno de 5,6V, exactamente el condensador debe superar los 5,6V del zener y los 0,7V entre la base y el emisor de T3) éste empezará a conducir, pero sólo después del tiempo necesario para que el condensador supere este voltaje. Este tiempo está en función de la resistencia en serie con el condensador y la capacitancia de éste. En este caso es aproximadamente de 50 segundos.

Cuando T3 recibe una corriente por su base empezará a conducir. por lo que T4 estará en corte por ambos lados: por la resistencia de 30 Kohmios que viene desde T1 y por la resistencia de 110 Kohmios que viene desde T3. Si T4 no conduce la corriente se irá por el diodo led (que reemplaza al circuito de la alarma) y éste se prenderá (se activará la alarma).

Acá está el circuito ya armado:

Y ésta es la lista de los componentes:

2 fuentes: de 12 y 5V (o cualquier circuito que en su salida de 5V).

1 condensador de 47uF

1 diodo led, 1 diodo normal y 1 diodo zener de 5,6V

4 transistores 2N3904

Como medio millón de resistencias: (en Kohmios) 430, 530, 10, 1000, 56, 1, 200, 110, 0.827 ó 0.8 y dos de 30.

Tuvimos que examinar atentamente el diseño de este circuito para llegar a estos valores, y ya desde el primer momento algo me dijo que este diseño podía simplificarse ya que su funcionamiento básico es muy simple: el zener empieza a conducir hacia la base de un transistor en función a la carga del condensador, si le llega corriente a la base el transistor conducirá. Así de simple.

Y siendo tan simple efectivamente, después de dos semanas de probar, calcular, pensar, quitar y poner componentes llegué a esto:

Que hace exactamente lo mismo pero con una cuarta parte de los componentes del diseño original.

Cómo funciona:

Originalmente el switch está cerrado, esto hace que la corriente vaya por la resistencia de 0.6Kohmios y no se cargue el condensador por lo que el transistor está en corte y el led (o la alarma) no se activará. Si se abre el switch el condensador empezará a cargarse y cuando supere un voltaje de 5,6V (del zener) + 0,7V (de la unión base-emisor del transistor) hará que el zener empiece a conducir, saturará al transistor y se encenderá el led (o se activará la alarma). Si se vuelve a cerrar el switch el condensador se descargará por la resistencia de 0,6 Kohmios, que es un valor pequeño por lo que sólo pasarán fracciones de segundos hasta que se descargue y se apague el led (o se desactive la alarma).

El switch, en el caso que se quiera que se active esto con una señal digital, se puede reemplazar por un relay de 5V (en estado Normalmente Cerrado) como el mr62-5sr.

Aquí el circuito ya armado, lo diseñé para una fuente de 9V para que funcione con esta batería marca vulgaris barata (que a pesar de estar medio gastada sirve para esto pues la corriente que se necesita es muy pequeña):

Acá el cable azul reemplaza al switch. El tiempo de retardo es de 44 segundos.

Componentes:

1 transistor 2N3904

1 diodo led y 1 diodo zener

Resistencias de 0,6 Kohmios (yo usé una de 0.680Kohmios) y dos en paralelo de 1 y 2 Mohmios (para hacer la de 0,66 Mohmios)

1 condensador de 47uF

Si se desea usar 12V en lugar de 9V basta cambiar la resistencia de 0,5 Kohmios por una un poco mayor: 0,8 Kohmios. Es todo.

Un detalle: si donde está el led se conecta un circuito que requiere 5V exactamente es mejor usar este diseño, con un transistor más (también 2N3904):

Que permite controlar mejor la caída de voltaje donde irá el circuito (donde está el led) ya que el voltaje que necesita no estará en serie con la unión base-emisor del primer transistor (el de la izquierda o T1) ni con el zener.

El funcionamiento es: Si el switch está cerrado la corriente va a la resistencia de 0,6 Kohmios y T1 estará en corte por lo que la corriente (estimada en 0.1mA) irá a la base de T2, éste se saturará y no habrá corriente (y por consiguiente tampoco voltaje) en el led. Si el condensador está cargado y el zener conduce, T1 estará saturado, la corriente se irá a tierra por T1 y T2 estará en corte, por lo que la corriente irá por el led y éste se activará.

Si se desean 5V en donde está el led (tomando una corriente necesaria de 1mA) la resistencia de 0,5 Kohmios se debe reemplazar por 5 Kohmios para 9V y 7 Kohmios para 12V.

Si se desea aumentar el tiempo de retardo se puede poner 1Mohmio en lugar de 0,66 Mohmios y usar un condensador de mayor capacitancia o varios condensadores en paralelo. Es posible lograr hasta un minuto o más de retardo con esto (en este caso es mejor reemplazar la resistencia de 0,6 Kohmios por una de 1 a 3 Kohmios, no es buena idea ponerle una resistencia muy pequeña a un condensador de mayor capacitancia).