Encendido y Apagado de un Relé II

Ahora se verá como encender y apagar un relé con un circuito con transistor, utilizaremos el mismo relé del ejemplo anterior que necesita una alimentación de +12V, en el ejemplo anterior no tomamos en cuenta la corriente que demandaba el relé puesto que utilizamos una compuerta colector abierto, capaces de manejar estos dispositivos, esta vez para los cálculos de los elementos a utilizar si vamos a tomar en cuenta la corriente que consume el relé. El circuito base es el que se muestra en la figura 3:

Figura 3.

Sólo hay que seleccionar el tipo de transistor NPN adecuado y calcular el valor de Rb necesario. Este circuito trabaja llevando al transistor entre la zona de corte y saturación, cuando esta en la zona de saturación, la corriente de base es mayor que cero, el transistor se comporta como un alambre, hay diferencia de potencial en la bobina y el switch se cierra, ver figura 4(a), en cambio cuando esta en la zona de corte la corriente de base es cero , el transistor se comporta como un circuito abierto, ver figura 4(b) y en la bobina no hay diferencia de potencial ya que los dos extremos tienen 12 voltios, no hay corriente eléctrica ni campo magnético y por ende el switch no se mueve.

Figura 4(a)

Figura 4(b)

Para Iniciar con los cálculcos debemos tener en cuenta que voltaje llegará a la resistencia Rb, supongamos que nuestro circuito entregará +12 voltios cuando se necesite que el motor se encienda y -12 voltios cuando no se quiera encendido, este voltaje negativo puede resultar problematico por lo que seria mejor colocar un diodo en serie con Rb, por el momento omitiremos ese caso. Medimos la resistencia de la bobina del Relé con el ohmetro, se obtuvo una resistencia de 280 ohms, sabiendo que la alimentación del relé es de 12 voltios calculamos la corriente que consume, que también será la corriente de colector Ic = 12/280 = 42.86mA aproximando 43mA, este parámetro nos servirá para elegir nuestro transistor, por accesibilidad elegimos el 2N2222 que es el mismo NTE123 verificamos en su hoja de datos (datasheet) ver fragmento en figura 5 y observamos que es capaz de dar 800mA, entonces lo podemos escoger, ahora en la misma hoja de datos, figura 5, tenemos que ver los posibles valores de hfe disponibles vemos que la mínima es 75.

figura 5

Siguiendo la hoja de datos, figura 6, encontramos que a IC = 150 mA y VCE = 10 V; hfe esta entre 100 mínimo y 300 máximo, IC a 150 mA es suficiente, siempre se recomienda escoger el hfe mas pequeño para asegurarse que el transistor se sature, pero en la práctica a veces no es conveniente.
Encontremos Ib para los tres valores de hfe 75, 100 y 300 ; Ib= Ic/hfe:

• Ib(75)= 43mA/75 = 573uA.
• Ib(100)= 43mA/100 = 430uA.
• Ib(300)= 43mA/300= 143uA.

Ahora calculemos los tres posibles valores de Rb; Rb= Vb/Ib, el voltaje de base dijimos que iba a ser +12 voltios donde se quería que el transistor entrará a saturación

• Rb(75)= 12/573uA = 20.94 Kohms.
• Rb(100)= 12/430uA = 27.9 Kohms.
• Rb(300)= 12/143uA = 83.9 Kohms.

Con un potenciómetro de 100Kohms (resistencia variable de 0 a 100Kohms) veremos que resistencia nos conviene más. Resultado de las pruebas:

• Con Rb=20.94Kohms el relé se activaba a los 4.12 voltios no a los +12 voltios.
• Con Rb=27.9Kohms el relé se activaba a los 5.34voltios no a los +12 voltios.
• Con Rb=83.9Kohms el relé no se activó aunque llegue a los +12 voltios.

Eso quiere decir que hay un valor entre 27.9 K y 83.9K que hará que el transistor se sature exactamente en 12 voltios y el relé se active, para saber ese valor debemos colocar el potenciómetro en su máximo valor y con los 12 voltios en la resistencia de base ir reduciendo lentamente el potenciómetro hasta que se cierre el relé y medir el valor al que quedo el potenciómetro, habiendo hecho la prueba quedo que el relé se cerrara justo en 12 voltios cuando la Rb sea de 77.8 Kohms, solo por curiosidad se puede calcular con que hfe daba ese valor de resistencia y se obtuvo: hfe = Ic/(Vb/Rb) = 278, el circuito ya esta listo, valores menores que 12 voltios hacen que el transistor este en corte y el relé no se cierre.

NOTA: ese diodo en paralelo con la bobina del rele en el circuito digital y en este se utiliza como proteccion para la compuerta o el transistor, como se sabe una bobina no permite cambios bruscos de corriente, cuando el transistor o la compuerta han activado a la bobina y subitamente la desactivan, la bobina induce voltaje con la direccion de Vcc al transistor o compuerta, y si este voltaje excede los niveles maximos que soporta el transistor o la compuerta los dañará, por eso se pone el diodo de esa forma, cuando se activa la bobina el diodo no conduce esta en circuito abierto y no hay problema, cuando se desactiva la bobina y se genera el voltaje, el diodo se polariza en directa y conduce. La corriente a tráves de la bobina cuando se encendio continua a tráves del diodo , eliminando el cambio brusco de corriente y claro por causa de la resistencia de la bobina y la del diodo el nivel de voltaje de la bobina decaera a cero y el sistema se apagará

Encendido y Apagado de un Relé I

Partimos asumiendo que ya se sabe que es un relé y como trabaja, sino, pinche aquí

A continuación se presenta uno de los dos circuitos básicos para la activación de un Relé:

El primero es para sistemas digitales simples que trabajen únicamente con 0 y 5 Voltios y se desea activar algún dispositivo por medio de un Relé para ello necesitaremos una compuerta de Colector abierto, que son una variante técnica de las compuertas TTL comunes que se caracterizan, entre otras cosas, por manejar voltajes de salida superiores al de alimentación y por lo tanto capaces de manejar un Relé, el relé que utilizaremos necesita una alimentacion de 12 voltios y utilzaremos el interruptor normalmente abierto, que solo se cerrará cuando lo necesitemos.

Supongamos que tenemos un circuito que al activar una serie de switches deba activar un motor pequeño, con las compuertas TTL hacemos el circuito de tal manera que mientras los switches no son activados el esta enviando un cero a la salida, pero cuando se activan los switches manda un uno lógico (3-5 voltios aprox), el motor no se puede conectar directamente debido a que necesita una alimentación de 12 voltios para poder operar y los 5 voltios no tendrán efecto sobre él, por lo que necesitamos poner a la salida del circuito una compuerta colector abierto, dos ejemplos de ellas son la 7405 (Inversor, niega la entrada) y la 7407 (Buffer, lo que tiene en la entrada da a la salida), seleccionamos la 7405, porque necesitamos que de cero cuando se desea activar el motor y uno cuando se necesite desactivado, ya explicaremos porque, si quisiéramos que el circuito operará al revés podríamos poner la 7407, la alimentación de estas dos compuertas es la misma que la de todo el circuito, es decir +5v y tierra, luego a la salida de la compuerta iría el relé con su respectivo diodo de protección alimentado con 12 voltios y el motor conectado al switch que conectamos a 12 voltios también, pues 12 voltios es lo que necesita el motor para funcionar, si nuestro motor necesitara otro voltaje mayor y el relé lo permitiera el switch se conectaría a ese voltaje y la bobina siempre a los 12 voltios ( clic aqui para ver figura donde se conecta un Rele de 12 a 120 voltios a un motor con alimentacion 120 voltios).
el circuito se muestra en la figura 1:

Figura 1.

Ya tenemos el circuito que opera de la siguiente forma: Cuando el circuito esta dando cero voltios, es decir, no se cumplen las condiciones para que se active el motor, el 7405 tiene un cero en la entrada y esta dando un "uno" a la salida, ese "uno" no es 3 o 5 voltios sino los 12 Voltios que le demanda el relé, y como la bobina del relé esta al mismo potencial no se genera ninguna corriente, por lo que no se genera el campo magnético que cierra el switch por lo que permanece abierto y el motor no se activa, ver Figura 2.

Figura 2.

Cuando se cumplen las condiciones para que se active el motor el circuito manda un “uno” a la entrada de la compuerta 7405 y por ende este tiene un cero a la salida, ahora si existe diferencia de potencial en la bobina por lo que se genera la corriente eléctrica, el campo magnético cierra el switch y el motor ya esta alimentado y enciende, ver figura 3, por esta razón es que se necesitaba un inversor.

Figura 3.

En la próxima entrada se mostrará otro tipo de circuito para la activacion de un relé, pero ahora utilizando un transistor.

Respuesta al comentario

Debido a una duda que surgio posponemos lo del area de tierra un momento y damos paso a contestar esta duda, lamento la tardanza, para evitar que se te coloquen puentes bajo componentes, en este caso bajo el conector del puente serial debes utilizar la propiedad Vrestrict, primero seleccionas el icono de polygon Luego te aparece la barra siguiente donde debes seleccionar vRestrict

y se procede a dibujar el poligono sobre el area donde se quiere evitar que se coloque el puente, en este caso el conector serial , dando clic una vez , soltamos nos movemos hasta el final del conector bajamos damos otro clic y asi hasta terminar el cuadrado ahora si procedamos a dar el autoroute:

como ven el puente ya lo pone en otro lado y ya no bajo el conector serial en donde pusismos la zona de restriccion.

aclarando eso pasamos a rellenar zonas vacias con zonas de tierra, para ello utilizamos la herramienta polygon que utilizamos arriba solo que no seleccionamos vRestrict sino la pista que queramos rellenar en nuestro caso Bottom, dibujamos el poligono damos autoroute y obtenemos

Como ven la distancia entre la zona de tierra y las pistas es muy chica esto se puede ajustar con la opcion Tools ---Drc-----en Drc se selecciona la opcion Cleareance y aparece la siguiente figura:

modificamos los de la columna que dice wire modificamos los tres valores a 32mil damos ok, puede aparecer una ventanita que dice drc error darle Dell_All y luego autoroute y obtenemos lo siguiente:

como ven la distancia se hizo mas grande, ahora para conectar esta parte a Tierra debimos haber colocado un simbolo de tierra en el esquematico y ponerle de nombre GND al poligono y el programa lo hacia automatico, pero da algunos problemas por lo que yo prefiero hacerlo manual.

Con esto finalizamos este minitutorial de Eagle, hay muchas mas cosas sobre este programa para alegria de muchos de nosotros en la siguiente direccion muchas personas han posteado diferentes truquitos de Eagle (incluidos los que se dieron aqui con algunas pequeñas diferencias), incluso de otros programas para hacer impresos, es un excelente foro de programacion de microcontroladores Pic en su mayoria, pero hay apartados para otros microcontroladores, lenguajes de programacion y muchas cosas variadas entre ellas el apartado para el diseño de placas PCB donde hay una seccion exclusiva para trucos de eagle, a continuacion les dejo la direccion del foro Todopic a la seccion de trucos para eagle http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=11481.0

y ya que estamos en esas de mencionar excelentes foros que hay por la web, les dejo la direccion a otro excelente foro pero este de programacion, hay una seccion para casi cada lenguaje de programacion existente es el foro SoloCodigo

http://foros.solocodigo.com/index.php

saludos

Pistas mas gruesas

Hasta ahora las pistas que hemos creado con el autorouter o de forma manual han tenido el grosor que tiene por default el Eagle, ahora vamos a mostrar como cambiar el grosor de las pistas, podemos hacerlo manual en el caso de que solo sean algunas pistas las que queremos hacer gruesas, se debe dar clic en el icono que muestra la figura:luego en Layer seleccionamos si es a las pistas de abajo o a las de arriba:luego seleccionamos width y el ancho que deseamos:Luego damos Clic encima de la pista que queremos hacer mas gruesaPero si queremos que todas las pistas sean gruesas y que se haga el proceso automatico una forma de lograrlo es la siguiente: Deshacemos el autoroute si ya lo teniamos hecho, damos clic en Tools luego en Drcclic en la pestaña Size y luego en Minimum Width el valor deseado por ejemplo 40mil damos aceptar y luego damos clic en autoroute y obtenemos el siguiente esquema: como vemos las pistas quedaron del grosor deseado

Para la proxima se mostrara como rellenar zonas vacias con areas de tierra.

Crear un impreso de una sola cara con el Autoroute

Hasta ahora se vio la creacion de un pequeño circuito impreso, primero con el autoroute y luego manualmente, cuando se hizo con el autoroute las pistas no se crearon de manera optima, en cambio cuando se hizo manual se trato de dejar lo mejor posible incluso puede ponerse de una sola cara con uno que otro pequeño puente por ahi, ahora esto resulta para circuitos pequeños, pero para un circuito de mayor tamaño rutearlo manualmente llevaria demasiado tiempo, por eso ahora vamos a a aprender a rutear un circuito con el autoroute para una sola cara y que las pistas queden optimas, generalmente es en la cara de arriba (TOP) en la que se ponen los elementos y abajo se hace la soldadura, por lo que las pistas se haran en la cara de abajo (BOTTOM), mas de algun puente sera necesario hacer por la parte de arriba. obviando los pasos hasta que tenemos los elementos ya en el .brd sin rutear. Damos clic en el autoroute pero ahora no solo daremos clic en OK sino que cambiaremos algunas propiedades, la primera pestaña GENERAL en 1 Top (cara de arriba), que es en la que no queremos que ponga pistas se puede poner la orientacion de como queremos los puentes, inicialmente tiene una linea vertical dejemosla asi para que los puentes nos salgan verticales, pero en Bottom ponemos el asterisco (*) lo que indica que puede poner las pistas en la cara de abajo de cualquier forma, ver figura.
la siguiente Pestaña es Busses como se muestra en la figura, esta dividida en LAYER COSTS, COSTS y MAXIMUM, nos ubicamos en LAYER COST justo en 1 Top inicialmente esta ahi un cero, eso le indica al autoroute que puede poner pistas en la cara de arriba y eso es precisamente lo que queremos evitar por lo que pondremos el costo mas alto posible 99 ,para que evite poner una pista en esa cara excepto si no hay otra opcion, tambien debe modificarse el costo de Via pues aunque puede que se necesiten puentes tampoco se quieren tantos esto minimizara el numero de puentes que pondra el autorouter, otro valor a modificar es el NonPref (abajo de via) que es el costo de hacer las pistas de la cara Top o sea los puentes de otra forma que no sea la que pusimos en nuestro caso de forma vertical , si obviamos esto los puentes puede que no queden verticales. Esto de colocar en TOP, VIA y NONPREF el valor de 99 debe hacerse para las otras pestañas: Route, y Optimize 1,2,3 y 4 tambien.
ver figura.
despues de darle OK obtenemos lo siguiente.
Quedaron apenas dos puentes, totalmente verticales y pequeños y nos llevo en hacerlo maximo un minuto.

En la proxima publicacion mostraremos como cambiar el grosor de una pista y como rellenar zonas vacias con areas de tierra.

Siguiendo con el Impreso

Hicimos un impreso automatico el programa puso como quizo las pistas, ahora vamos a aprender hacer un impreso de forma manual colocando las pistas como nosotros queramos, primero vamos a deshacer el autoroute para ello hay que dar clic sobre el icono Ripup que se muestra a continuacion y luego sobre el semaforo con luz verde (GO) mostrara un mensaje de advertencia que dice Ripup all signals se le da yes y se deshace el Auto RouteAhora con la siguiente herramiente llamada Route vamos a trazar las pistas manualmente, como queramos.
si las queremos arriba o abajo digamos que la mayoria la queremos en la cara de abajo (BOTTOM) ya que vamos a poner los elementos arriba y soldaremos abajo.

damos clic aqui y elegimos 16 BOTTOM todo lo que dibujemos lo hara en la cara de abajo, no cruzemos pistas por ahora dejemoslas asi ya les dire que hacer con ellas mas adelante.

Si damos clic derecho mientras dibujamos la pista los quiebres cambian como se muestra en la figura asi los hacemos como nosotros queramos.

si nos equivocamos damos clic en ripup y sobre la pista que queremos borrar (NO sobre Go porque sino se nos iran todas las pistas).

el circuito me quedo asi, claro que puede quedar mejor pero por ahora quedamos asi, no pude evitar que estas pistas me quedaran cruzadas ver figura:

Obviamente no vamos a desperdiciara una tableta doble cara para hacer esas dos pistas, solo las dibujaremos para saber donde pondremos los puentecitos (alambres), tampoco vamos a poner grandes alambres para que se vea poco estetico para ello usaremos estar herramienta que se llaman vias damos clic en el icono y las ponemos donde deseamos y halamos las pistas que queden asi:

Bueno por el momento nos quedamos hasta aqui, los circuitos pequeños es muy facil rutearlos manualmente pero cuando son grandes es en exceso engorroso, afortunadamente el autorouter nos puede ayudar, mas adelante veremos como se configura para trazarnos las pistas de una manera optima.

Siguiendo con el Tutorial de Eagle

Hasta ahora, solo pusimos los elementos que necesitabamos de manera desordenada en la ventana del esquematico, empecemos a ordenar y a interconectar, primero con la resistencia R1 podemos mover cualquiera de las resistencias que pusimos en el esquematico con el icono indicado en la figura o con el comando move, el cursor se convertira en una cruz, damos un click sobre la resistencia y con eso seleccionamos la resistencia deseada tomemos la 1 para seguir el mismo orden del circuito original, ya seleccionada debemos ponerla de manera vertical para ello damos click derecho mientras esta seleccionada, otra manera de rotar los elementos ademas del click derecho es mediante el icono rotate el de una cruz con una flecha apuntando hacia la izquierda o con el comando rotate (para que los camandos tengan efecto se escriben y luego se le da enter y se selecciona el objeto al que afectará el comando). Algo que es opcional es ponerle el valor de los elementos, aunque no es necesario puesto que a la hora de hacer el impreso, lo importante es saber que ahi va un elemento de tal clase, es muy util ya que nos permite una mejor apreciacion del circuito ya cuando esta impreso, se hace mas facil revisarlo, detectar algun error, etc, asi que procedamos a colocarle valores para eso veamos los dos iconos encerrados en el circulo rojoEl primero (de izq a derecha) es para ponerle nombre al elemento si lo seleccionamos y luego damos click a la resistencia 1 nos sale que el nombre es R1, se lo podemos cambiar si queremos. Luego el otro icono es para poner los valores demos click sobre el y luego sobre la R1 aparece la ventana value y dice New value for R1 coloquemos el valor de R1 es decir 1K, ahora coloquemos uno de los transistores abajo de la R1 si topamos los terminales estos se unen automaticamente, pero es mejor que dibujemos el alambre nosotros mismos para eso damos clic en el siguiente icono Nos ubicamos en la mitad de la terminal de un elemento, arrastramos hasta la mitad del terminal del otro elemento dar doble click para dar por terminada la union, hay que tener cuidado de no pasarse o de apenas llegar a la terminal, ya que en el primer caso podemos corto circuitar(hacer de caso que no esta por que el alambre se sobre pone) o simplemente no conectar bien el elemento para ello es bueno acercar el dibujo para ver bien la conexion para ello las lupas que estan arriba, se selecciona la que tiene el signo + para acercarse y la del signo menos para alejarse, una muy util es la que tiene signo Igual, aveces cuando estamos dibujando, moviendo, cortando etc, el dibujo queda como borrado o duplicado, pero es por estar moviendolo no porque realmente este asi, al darle clic a esta lupa se corrige. Volviendo al tema del alambrado si hicimos mal el alambrado esta el icono delete o el comando delete, es el de una x que esta bajo una tijera eso elimina lo que se seleccione, elemento o alambre,ahora para comprobar si se hizo una buena union esta el icono de un ojo se le da clic, luego al alambre, este se pondra encendido y debe encender los terminales a lo que este conectado. Una forma de asegurarse de que haya conexion es poner una union (Junction), es el punto que se muestra en la siguiente figura:

Se selecciona y luego se pone donde se desea, sigamos conectando y poniendole valores a las resistencias (los otros elementos no tienen valores).los 5 v y las tierras no los conectemos solo conectemos entre ellos los elementos que llevan 5v y tierra.el otro transistor necesita ponerse en espejo para eso el icono mirror (abajo del move (flechas)) o el comando mirror demos clic sobre el elemento y se pondra en espejo. Finalmente nuestro circuito debe quedarnos algo asi:Ahora para crear nuestro impreso damos clic en el icono de board y nos mandara a la ventana para hacer el impreso, como en la siguiente figura: Con el icono de un cuadro punteado arriba de la tijerita seleccionamos todos los elementos, seleccionamos el icono move (flechas) y luego con CLICK DERECHO arrastramos todos los elementos de una vez hacia dentro del cuadro blanco, dimos clic derecho por que asi se mueven los grupos si fuera de manera individual despues de seleccionar el icono move se arrastra con clic izquierdo, despues damos autoroute en el siguiente icono:Nos aparecera una ventana por ahora darle ok y se creara nuestro impreso:las pistas azules son las de la cara de abajo y las rojas de la cara de arriba.Por el momento nos quedaremos hasta aqui, mas adelante veremos como optimizar este circuito impreso, ESTO SOLO ES EL COMIENZO!!!