Hace algunos días publique un articulo como construir un pequeño arbolito Navideño con leds. Un amigo me comenta que ya había construido un circuito similar, pero de forma mas simplificada, sin necesidad de emplear los transistores. Esto permite simplificar el circuito de manera notable, eliminado los tres transistores que se había utilizado en la versión anterior. El secreto esta en utilizar un integrado contador HCF4060BE. Al parecer, el integrado permite manejar corrientes alta (suficiente para encender los leds) en sus pines de salida, tanto en el estado lógico 0, como en el estado lógico 1. La hoja de datos del integrado no refleja esto, sin embargo, construí el circuito y verifique que funciona correctamente.

Para entender el funcionamiento del circuito, recomiendo leer el articulo publicado la semana pasada. En el mismo se explica muy bien el funcionamiento del circuito, la única diferencia es que ahora, la rama inferior de los leds es manejada directamente por la salida del contador en lugar de los transistores.

Esta es la lista de componentes que necesitaran para armar el circuito:

Lista de componentes
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1  B1 Batería 9V
12 D1-D12 Leds de 5mm de color deseado
1  R1     Resistencia 10K
1  R2     Preset 47K
1  R3     Resistencia 470k
1  C1     Capacitor cerámico 0.1uF
6  R4-R9  Resistores 56 Ohm
1  IC1    Integrado HCF4060BE
1  S1     Llave para encender / apagar
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En la víspera de las fiestas Navideñas, presentamos este sencillo circuito que nos permitirá construir nuestro propio árbol de Navidad con leds. En total serán 12 leds de colores que mas les gusten, que se encienden y apagan a diferentes frecuencias. El resultado seria algo similar al gift animado de la derecha.

A continuación el circuito:

El corazón del circuito es el circuito integrado 4060. Es un contador binario, con oscilador integrado. Normalmente, los contadores integrados necesitan una fuente de clock externa, como un oscilador construido con un 555. En cambio, el 4060 ya trae el oscilador integrado, que permite fijar la frecuencia de oscilación con unos pocos componentes pasivos, resultando en un circuito mas simple, económico y robusto. Así, en el circuito propuesto, los resistores R1 y R2 y el capacitor C1 fijan la frecuencia de oscilación. Además, R2 es ajustable, para modificar la velocidad de parpadeo de los leds. (Tal vez quieras ver un poco mas sobre el funcionamiento de los contadores en Wikipedia)

El principio de funcionamiento es el siguiente. El contador, con cada pulso de clock, aumenta el valor binario de la salida, provisto en los pines Qx. Si miramos los pines en su conjunto, vemos el valor del contador en un momento dado. Pero, si miramos un solo pin dado, y aquí esta la clave del circuito, vemos que este oscila, a una frecuencia determinada. Para este circuito he seleccionado tres pines de salida:

• Q5 (pin 5) - Oscila a baja frecuencia
• Q6 (pin 4) - Oscila a mediana frecuencia
• Q7 (pin 6) - Oscila a alta frecuencia

Analicemos solo el pin Q6, ya que para el resto, el analisis es casi el mismo. Debido a que la salida oscila, durante un tiempo el pin de salida estará en el estado lógico 1 y otro tiempo en el estado cero. Cuando la salida esta en cero, los leds D1 y D2 quedan polarizados en directa, a por los mismo circula una corriente y estos se encienden. El resistor R4 limita la corriente máxima. Por otro lado, estando la salida en 1, polariza la base del transistor T3, lo que hace que por su su emisor circula una corriente que hace encender los leds D7 y D8. 

Entonces, lo que sucede es que al producirse en la salida del pin un tren de unos y ceros, la rama superior se enciende cuando la inferior esta apagada y viceversa. Esto sucede con las tres rama en simulataneo, pero como las tres salida funcionan a diferentes frecuencias, se produce el encendido/apagado anárquico de los leds, que es lo que se busca con este circuito. A continuación, el listado de componentes.

Ultimamente estoy recibiendo muchos pedidos sobre como construir una fuente con importantes valores de corriente de salida. El circuito que voy a presentar nos permitirá construir una robusta fuente de alimentación de las tensiones mas comúnmente usadas y un alto valor de corriente. A pesar de ser muy simple, hay que prestar atencion en algunos detalles, ya que estamos construyendo un circuito que maneja una potencia importante (para el caso de 24v - casi 150Watt de potencia!)

El diseño se basa en el bien conocido circuito integrado LM338 - regulador lineal de National. Este integrado nos va proveer una tensión fija a la salida, dada por la relación de las resistencias R1 y R2. En la entrada tenemos el transformador T1, puente rectificador B1 y un capacitor electrolítico C1 de 10.000 micro faradios. El capacitor C1 se encarga de mantener la tensión lo suficientemente continua en la entrada del regulador. En la salida del regulador vemos en serie las resistencias R1 y R2 que definen el valor de la tensión de salida, y el preset de ajuste R3. Los capacitores C2, C3 y C5 son recomendados por el fabricante para eliminar el posible ruido y mantener el circuito estable (bypass). El capacitor C4 ayuda a mantener la tensión de salida constante ante bruscas variaciones de carga. 

Tensión de salida

Como ya mencionamos antes, la tensión de salida depende depende del valor de las resistencias R1, R2 y R3. En este diseño, el valor de R1 es fijo, 120 ohm. R2 y R3 nos van a determinar de que voltaje sera la fuente. En la siguiente tabla se presentan los valores ambos resistores, como tambien el valor del transformador de entrada. 

R3 es un preset o potenciometro variable que debemos ajustar una vez ensamblada la fuente para que a la salida tenga el valor de tensión deseado. Para poder tener el rango de ajuste adecuado, se debe implementar un preset del valor que se indica en la tabla para cada valor de tensión de salida.

Corriente de salida

Veamos, primero, el porque del alto valor en el capacitor de entrada C1. La tensión de entrada proviene de la linea de corriente alterna, que varía en el tiempo. A la salida del puente rectificador la tensión varía entre el valor pico máximo y 0v. Esta variación es periódica: la tensión crece desde los cero voltios hasta alcanzar el valor máximo, luego baja hasta cero, luego vuelve a crecer y asi sucesivamente. Este ciclo se repite 100 veces por segundo (considerando que la frecuencia de la tensión de linea es de 50Hz). La tensión de entrada estará entregando corriente cuando esta próxima a su valor pico. Dicha corriente fluye hasta la salida y además carga el capacitor C1. A medida que la tensión disminuye, cada vez se entrega menos corriente. A partir de cierto valor de tensión, la corriente entregada por el tensión de entrega es nula y toda la corriente de salida se mantiene gracias a la carga almacenada en el capacitor C1. El mismo deberá ser capaz de almacenar la suficiente cantidad de electrones como para poder proveer la corriente necesaria a la salida, de ahí su alto valor. 

Debido a este efecto, en los instantes cuando la tensión de entrada pasa por los valores máximos de tensión, el circuito estará tomando un importante valor de corriente desde la linea de CA: deberá reponer toda la carga que perdió el capacitor, como también continuar aportando corriente de salida. En dichos instantes, se producen picos de corriente muy altos en la entrada del circuito, en la tabla siguiente presentamos los picos de corriente en la entrada, para diferentes valores de la corriente de salida:

Podemos observar que estos picos de corriente en la entrada superan en mas de tres veces la corriente de salida. Debemos tener mucho cuidado al respecto. En primer lugar, el puente de diodos. Seria muy recomendable utilizar puentes de diodos integrados, es decir, un componente de 4 terminales que ya tiene los 4 diodos en su interior. Estos dispositivos normalmente se piden por la máxima corriente que soporta en forma continua. Además, el fabricante especifica cual es el pico de corriente máxima que soporta el dispositivo y por cuanto tiempo (por ej., 20A durante 8,3ms). Lamentablemente, estos datos varían de fabricante en fabricante, por lo que, para una fuente de 5A a la salida, los puentes de 5A de diferentes fabricantes pueden tener distinta especificación de corriente máxima. Si estaríamos diseñando la fuente para una producción de miles de equipos, deberíamos estudiar en detalles estos datos y encontrar un componente mas económico que satisface los requisitos del diseño. Pero, muy probablemente, nosotros fabricaremos una sola fuente para uso personal, donde el ahorro de unos pocos centavos no tiene sentido. A cambio, tendremos un equipo altamente seguro, con muy bajas portabilidades de falla. Así que ahí va mi consejo: utilicen el puente de diodos de un valor igual o mayor a la corriente máxima indicada. Por ejemplo, para una corriente de salida de 5A no seria descabellado utilizar un puente de 20A.

Este circuito permite manejar un relay que enciende y apaga algo, dependiendo de la cantidad de luz que hay en el ambiente. Podemos usarlo para encender algo cuando hay luz ambiente y apagar cuando el circuito está a oscuras, o viceversa.

El circuito se basa en el comparador LM311 de National Semiconductor. La entrada no inversora del comparador está conectada a una referencia de tensión de 6v, mediante divisor resistivo formado R1 y R2. La entrada inversora se conecta a otro divisor resistivo: R5-R6. R5 es un preset multivuelta de ajuste, y R6 - una fotorresistencia. La tensión sobre el terminal inversor es la diferencia de potencia sobre la LDR, que depende de la cantidad de luz que incide sobre la misma.

En la oscuridad, el valor de la fotorresistencia es muy alto. La tensión sobre el terminal (-) está por encima del terminal (+), y la salida del comparador esta en bajo, próxima a 0v.

Cuando iluminamos la R6, su resistencia disminuye a unos 2K, dependiendo del nivel de luz, y la tensión aplicada sobre el terminal inversor queda por debajo de los 6v. Ahora, la salida del comprador esta en alto (aprox. 12v), que polariza correctamente la base de Q1, y activa el relay.