CIRCUITO TEMPORIZADOR

El circuito electrónico que más se utiliza, tanto en la industria como en circuitería comercial, es el circuito de retardo de tiempos o temporizador, dentro de la categoría de temporizadores, cabe destacar el más económico y también menos preciso consistente en una resistencia y un condensador, como ya veremos, a partir de aquí se puede contar con un sinfín de opciones y posibilidades. En este manual se tratarán unos tipos sencillos para adquirir conocimiento de cómo conseguir un retardo en un sistema que no requiera gran precisión y terminaremos por analizar un temporizador de mayores prestaciones y sobre todo precisión.

 Cuando necesitamos un temporizador, lo primero que debemos considerar es la precisión en el tiempo de retardo, es una base muy importante para determinar los elementos que vamos a utilizar en su concepción y diseño.

Como se ha mencionado anteriormente un temporizador básicamente consiste en un elemento que activa o desactiva una carga después de un tiempo preestablecido más o menos largo. De esta manera podemos determinar el parámetro relacionado con el tiempo que ha de transcurrir para que el circuito susceptible de programarse, se active o desactive o lo que es lo mismo, simplemente cierre o abra un contacto.

EL  RETARDO MÁS SENCILLO.

El más simple de los retardos y talvez el menos preciso, requiere de una resistencia de cierto valor y un condensador de considerable capacidad, ambos dependerán en gran manera de la tensión a la que se conecte el dispositivo.

Veamos, se necesita un retardo en una máquina cizalla de corte, la cual conlleva cierto peligro y riesgo de accidentar por descuido, al operario que la maneja. Debemos instalar un sistema de seguridad para evitar en lo posible cualquier accidente.

Necesitamos un sistema de seguridad que cumpla entre otros al menos con los siguientes requisitos:

1. - Que sólo cuando el operario esté fuera de peligro, la cuchilla de la cizalla pueda bajar.

2. - Dicho sistema de seguridad, ha de producir un retardo mínimo antes de la bajada de la cuchilla.  

3. - Se dotará de un sonido y una fuente de luz intermitente de aviso que potencie la seguridad.

El primer paso, se puede lograr con la combinación de unos interruptores, colocados de forma estratégica, llamados finales de carrera y un par de pulsadores, localizados en la cercanía del recorrido de la cuchilla o sus accesos.

Para el segundo punto, podemos optar por un diodo rectificador D1, una resistencia R1 y un condensador C1. El montaje sumamente sencillo se muestra en la figura 01 y debajo la descripción.

Fig. 01

El diodo D1 se encarga de rectificar la corriente proporcionada por el secundario de un transformador a la que se conectará el equipo que, se ha de controlar, para lo cual deberá observarse las precauciones básicas y elementales a la hora de seleccionar los diferentes elementos mencionados, respetando un margen de seguridad de la tensión a la que se someterán los componentes del montaje.

Aún teniendo la tensión continua se necesita el diodo D1 para evitar la descarga de retorno, a continuación, se intercala la resistencia R1 que será la responsable directa del tiempo de carga del condensador electrolítico, es decir, a mayor valor resistivo le corresponde un mayor tiempo de carga del condensador. Para no entrar en cálculos empíricos, es cuestión de realizar unas pruebas o ensayos para averiguar la resistencia que en principio debe dejar pasar una corriente muy baja, dependiendo de la capacidad de C1.

El siguiente elemento, el condensador C1, debe escogerse de una considerable capacidad, cosa muy determinante, pero sin perder de vista la tensión, si utilizáramos la tensión de red de 220V, la tensión de C1 debe estar sobre 400V o mayor a la que se verá sometido, para evitar se caliente o perfore quedando inservible definitivamente. Un condensador de los que se utilizan en los motores de las lavadoras o los frigoríficos será el adecuado.

A la hora de elegir el condensador, es conveniente considerar su tamaño y siempre que sea posible debería optarse como se ha mencionado por un modelo electrolítico (de ahí el uso del diodo) debido esencialmente a la mayor capacidad y menor tamaño, cosa que en algunos casos no es posible, utilizando en tal caso uno de los no polarizados industriales de unos 8 a 12 µf y repito, por seguridad >400V, para una tensión de red de 220V.

Introducción:

En palabras simples un circuito eléctrico es el camino por el cual fluye la corriente eléctrica, la cual sale de una fuente de poder, pasa a través de resistencias condensadores, diodos, o cualquier elemento que contenga el circuito y regresa al punto de partida. De otra forma, un circuito eléctrico esta compuesto por dos importantes implementos, una fuente de poder (Fem.), y elementos que ocupan la energía eléctrica.

En nuestro caso de hoy utilizaremos un condensador, elemento del cual a continuación lo explicaremos y analizaremos brevemente.

El condensador es un dispositivo que almacena carga eléctrica. En su forma más sencilla, un condensador está formado por dos placas metálicas (armaduras) separadas por una lámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador, ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. La botella de Leyden es un condensador simple en el que las dos placas conductoras son finos revestimientos metálicos dentro y fuera del cristal de la botella, que a su vez es el dieléctrico. La magnitud que caracteriza a un condensador es su capacidad, cantidad de carga eléctrica que puede almacenar a una diferencia de potencial determinado.

Los condensadores tienen un límite para la carga eléctrica que pueden almacenar, pasado el cual se perforan. Pueden conducir corriente continua durante sólo un instante, aunque funcionan bien como conductores en circuitos de corriente alterna. Esta propiedad los convierte en dispositivos muy útiles cuando debe impedirse que la corriente continua entre a determinada parte de un circuito eléctrico. Los condensadores de capacidad fija y capacidad variable se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos eléctricos se utilizan grandes condensadores para producir resonancia eléctrica en el cable y permitir la transmisión de más potencia.

Los condensadores se fabrican en gran variedad de formas. El aire, la mica, la cerámica, el papel, el aceite y el vacío se usan como dieléctricos, según la utilidad que se pretenda dar al dispositivo.

En nuestro experimento veremos y analizaremos los siguientes comportamientos:

Veremos como se comporta la corriente eléctrica con un condensador en distintos intervalos de tiempo. Observaremos como se comporta el condensador cuando se carga y se descarga a y desde un voltaje determinado por una fuente de poder

Lo que se puede determinar sobre los aspectos teóricos es que para poder realizar este experimento tuvimos que utilizar las leyes de Kirchhoff, las cuales enuncian que:

o Las sumas de las corrientes que entran a cualquier unión deben ser iguales a las sumas de las corrientes que salen de esa unión

o La suma algebraica de los cambios de potencial a través de todos los elementos alrededor de cualquier lazo de circuitos cerrados debe ser igual a cero.

Objetivos:

Encontrar la relación existente entre la carga del condensador y la descarga del condensador con respecto al tiempo, el comportamiento que experimenta el condensador con respecto a la carga y descarga de voltaje durante el tiempo.

Encontrar la relación matemática existente entre el tiempo transcurrido con respecto a la carga y con respecto a la descarga de un condensador

La relación existente que hay entre la carga y la descarga de un condensador

Procedimientos:

Bosquejo del experimento:

Para el siguiente experimento se utilizo una placa para poder armar circuitos, la cual estaba constituida por pequeños orificios unidos entre si por una placa metálica que iba por debajo de esta, en estos orificios se insertaban los elementos y conductores para que la corriente pudiera fluir.

También a la placa le conectamos una fuente de poder (la cual cargaría a el condensador), una resistencia de 33 kilo Ohms y 0.25 W, y un condensador de 100 micro F y 25 Volts.

La fuente de poder entregaba una cantidad de energía constante.

Para medir los tiempos ocupábamos un computador el cual nos iba dando la suma de los tiempos.

Para poder medir cuanto se había cargado o descargado el condensador se utilizo un voltímetro, el cual marcaba los diferentes voltajes que presentaba el condensador, ya sea cargando o descargando.

Métodos de Medición:

Para medir las variaciones de Voltaje que experimentaba el condensador se tomo intervalos irregulares cuales quiera, y en cada intervalo de tiempo o cada vez que se tomaba

el tiempo (ya sea durante la carga o la descarga) se anotaba el voltaje que presentaba el voltímetro, este procedimiento se cumplió desde que se iniciaba la carga (ese era el instante t=0), hasta que se cargaba completamente. Para el caso de la descarga, se tomaba como t=0 cuando el condensador estaba cargado completamente y se desconectaba de la fuente de poder, hasta que el condensador quedaba totalmente descargado.

Instrumentos de Medición:

Para este caso se utilizaron principalmente los siguientes elementos:

-Computador-Voltímetro-Placa para poder hacer el circuito-Fuente de poder-Condensador-Resistencia

Debido a la importancia del voltímetro explicaremos brevemente que es:

Es un dispositivo que mide diferencias de potencial, la diferencia de potencial entre dos puntos cualquiera puede medirse uniendo simplemente los terminales del voltímetro entre estos puntos sin romper el circuito, el terminal positivo a la parte donde el potencial es mas alto y la parte negativa donde el potencial es mas bajo, de hacerlo al revés, se obtendrá mediciones de diferencia de potencial negativo. Un voltímetro ideal tiene resistencia infinita de manera que no circule corriente a través de él

Además también utilizamos una fuente de poder, la cual es un instrumento que nos permite hacer variar el voltaje, de acuerdo al voltaje que uno necesite para poder trabajar.

Aparte de los datos entregados por el computador, otra forma de calcular “k” o alfa es de la forma teórica, la cual dice lo siguiente:

K= 1/R*C, con RC= 1/k (constante de tiempo t)

En forma teórica esto quedaría:

RC=33*10^3(Ohms)*1000*10^-6 F

33000*10^-3 (Ohms*F)

33 (Ohms * F)

t= 33 segundos (Valor teórico de t)

Conclusión:

A través del siguiente trabajo nos pudimos dar cuenta sobre ciertas cosas, por ejemplo que la relación que hay entre el tiempo con la carga del condensador, es un tipo de relación directa lo cual mientras mayor es el tiempo mayor es la carga que va a tener el condensador, por otro lado la relación que tiene la descarga del condensador con respecto al tiempo es una

relación indirecta, a medida que transcurre mas tiempo, la carga del condensador es menor.

Por otro lado el tiempo de carga del condensador hasta llegar a su máximo o cuando comienza a aumentar en forma mínima es mayor que el tiempo que el condensador emplea en descargarse hasta que se quede sin carga.

Los valores de la constante de tiempo t, el valor que esta tendría que tomar en forma teórica con los valores del condensador y de la resistencia difiere del valor que se tomo en la forma practica, esto se debe a que se pudieron presentarse algún tipo de falla durante la medición del tiempo o del voltaje, por fallas o valores con cierto margen de error de la fuente de poder, el condensador, la resistencia, o el voltímetro, o por razones que simplemente no pudieron se identificadas.

Con respecto a los gráficos en el de descarga se puede ver que en el inicio de las mediciones las diferencias de voltaje de descarga eran mayores con respecto a los intervalos de descarga finales, la diferencia de voltaje mientras avanza el tiempo, disminuyen los intervalos de descarga. Lo que nos lleva a tener una curva logarítmica.

Con respecto a la carga del condensador en el inicio, la diferencia de carga de un intervalo de voltaje es mayor mientras avanza el tiempo a que cuando nos acercamos al limite de la carga máxima del condensador, lo que nos lleva a tener una curva con forma exponencial, o logarítmica, pero con el signo contrario.

Cuando un transistor se utiliza en un circuito, el comportamiento que éste tenga dependerá de sus curvas características.

En el diagrama que se presenta hay varias curvas que representan la función de transferencia de Ic (corriente de colector) contra VCE (tensión colector – emisor) para varios valores de Ib (corriente de base).

Cuando el transistor se utiliza como amplificador, el punto de operación de éste se ubica sobre una de las líneas de las funciones de transferencia que están en la zona activa. (las líneas están asi horizontales).

Transistor en corte y saturación

Cuando un transistor se utiliza como interruptor o switch la corriente de base debe tener un valor para lograr que el transistor entre en corte y otro para que entre en saturación

- Un transistor en corte tiene una corriente de colector (Ic) mínima (prácticamente igual a cero) y un voltaje colector emisor VCE) máximo (casi igual al voltaje de alimentación). Ver la zona amarilla en l gráfico

- Un transistor en saturación tiene una corriente de colector (Ic) máxima y un voltaje colector emisor (VCE) casi nulo (cero oltios). Ver zona en verde en el gráfico

Para lograr que el transistor entre en corte, el valor de la corriente de base debe ser bajo o mejor aún, cero.

Para lograr que el transistor entre en saturación, el valor de la corriente de base debe calcularse dependiendo de la carga que se esté operando entre encendido y apagado (funcionamiento de interruptor)

Si se conoce cual es la corriente que necesita la carga para activarse (se supone un bombillo o foco), se tiene el valor de corriente que habrá de conducir el transistor cuando este en saturación y con el valor de la fuente de alimentación del circuito, se puede obtener la recta de carga.