Electrónica y Educación

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Lapham25

lunes, 17 de julio de 2017

Cargador Solar Multiusos De 10W

¿Te interesan los gadgests de energía solar?
Te comparto este interesante post en Instructables:



https://www.instructables.com/id/Cargador-Solar-Multiusos-De-10W/

domingo, 9 de julio de 2017

Timer Programable con Arduino

En esta entrada les comparto el diseño de un circuito temporizador de 256 tiempos desde 60 segundos hasta 4.27 horas, en intervalos de un minuto, colocados desde un minidipsw de 8P, con salida de relevador de 110 VAC @ 10A o 250v @ 7A y activación temporizada a 1,2,3,4,5,10,20,30,40,50,60,120,180,240 y 300 segundos fijados en otro minidipsw de 4 polos utilizando un micro controlador ARDUINO NANO.
Por: Luis Lapham
@lapham25
Inicio: 18/05/16
Versión 2.0: 05/07/17 🤣

Les voy a compartir este proyecto de utilidad en empresas de manufactura y otras en donde se requiere activar alguna máquina de manera periódica sin intervención de algún operario.
Estos sistemas ya existen de manera comercial y son bastante robustos y económicos, pero si queremos hacerlo nosotros mismos, un poco mas económico y a nuestra manera, pues aquí les dejo una guía para ello.
La parte más interesante del timer, pues es el programa de arduino en el que se codificarán los diferentes tiempos, de acuerdo al estado de los interruptores o minidipsw de entrada.
El diagrama o hardware es bastante simple y lo presento en seguida:
De este diagrama, hecho en el software Eagle, podemos apuntar lo siguiente:

1.- La salida del pulso de activación es por la terminal A1/D15 hacia un transistor, con su diodo de protección para cargas inductivas, que actúa como interruptor para activar la bobina de un relevador de 5V y a su vez su salida de 110 ó 220V.

2.- La salida A2/D16 da el pulso de auto Reset al final del tiempo de activación para que el arduino inicie la temporización nuevamente. Notese la RED de retardo formada por R18 y C1, que sirve para retardar el pulso el tiempo suficiente para el arduino lo detecte en su terminal RST y se reinicie.

3.- A esta misma terminal RST va el interruptor o push boton N.A. para hacer, si es necesario, una inicialización manual. Notese que el reset manual y el autoreset van en paralelo sin ningún problema de interferencia. 

4.- En la terminal 4 de 5V, colocamos un puente o jumper para retirarlo en caso que se requiera cargar nuevamente el programa de la computadora al arduino.

5-. Los dipws deben de llevar las resistencias de PULL UP, en este caso de 2.2K para fijar un nivel alto 5V, en las entradas del arduino cuando cada interruptor esta abierto, cuando estos se cierran introducen un cero, drenando la corriente respectiva (5V/2,200 ohms) dichos resistores.

6.- Como última entrada tomé A0/D14, porque D13 hacia cosas raras y pues no la utilice 

😪

En esta segunda entrega, les comparto el programa en Arduino del temporizador o timer programable. 


En la primera imagen tenemos los comentarios pertinentes al programa. 


En la segunda gráfica ilustramos la declaración de variables: SET es la suma de valores ponderado del tiempo de retardo principal, SET1 es la suma de valores ponderador para el tiempo de activación del relevador de salida. TB y TB1 son los tiempos base para los calculos, TR y TA son los tiempos de retardo y activación respectivamente y de A a L son las 12 variables asignadas a los 8 + 4 interruptores de entrada, en donde programaremos los tiempos requeridos a nuestra aplicación y damos un valor inicial a todos de cero.


En la tercera imagen se presenta el SETUP en donde se declaran que pines del Arduino serán entradas y cuáles serán salidas. Me brinque el pin 13, no por superstición  , sino por que no me funcionaba como entrada.



Para la cuarta imagen, comienza en si el programa (LOOP) e iniciamos leyendo digitalmente los interruptores del A al H, si no activamos ninguno el programa vuelve a la etiqueta nada: y vuelve a leerlos. Los que estén activados asignaran a las variables respectivas, un valor ponderado es decir, 1,2,4,8,16,32,64 y 128. (o sea de acuerdo a su posición). Se aplica un retardo de 100 mS a cada lectura para que el micro lea los interruptores ya estables y sin ruido de contactos.



En la quinta imagen leemos los dipsw que programan el tiempo de activación con las variables I,J,K,L que igual se asignan ponderadas, de acuerdo a la posición de cada interruptor.
Con la sexta pantalla vemos que se suman los valores ponderados y se multiplican con los tiempos base predefinidos para los dos tiempos TR y TA.

En la séptima imagen, vemos como se calculan los tiempos de activación TA, del uno al 5 son directos, es decir se multiplica la lectura de los interruptores por uno, dos, tres, cuatro o cinco segundos. De 6 en delante, hay que multiplicar por el factor necesario para obtener 10, 20,30,40,50, 60, 120, 180, 240 y 300 segundos. Por ejemplo para obtener 10 segundos hay que multiplicar el 6 por 1.67

Finalmente el la octava pantalla se muestra la activación del relevador y el autoreset o reset por software, para reiniciar el proceso.

Espero que les sea de utilidad este programa que sé que se puede mejorar y hacer mas eficiente, y dejo en sus manos el modificarlo y superarlo.








Finalmente, les comparto el diseño de un PCB doble cara para el circuito ya probado en tarjeta de experimentación o proto.
El tamaño de la tarjeta resulta de 7 X 7 cm, y en la primera imagen se ve la distribución de los componentes, utilizando el programa EAGLE, que es gratuito hasta tarjetas de 10 X 10 cm, creo, si ocupas mas grandes hay que pagar por el software. 

En la segunda foto se ve la cara superior (TOP) del PCB, que debe contener el menor número de pistas posibles para tener pocos orificios con necesidad de alambre (TRUE HOLE) que conecten ambas caras. Y en la tercera imagen se ve la cara de abajo de la PCB. También este diseño es preliminar y se puede mejorar bastante, aunque creo que no reducir de tamaño demasiado, jejeje.


En la siguiente liga de dropbox podrás disponer de los principales archivos del diseño para tu uso escolar o comercial, siempre citando la fuente (Ley de Weathon):


Finalmente, si la programación de micros no es lo tuyo, pues te comparto un diseño de un timer analógico, que cumple una función similar, aunque mas limitado en cantidad de tiempos, que el timer digital programable. Este timer corresponde a la ultima imagen del álbum, y puedes observar que se forma de 2 circuitos LM555, autentico guerrero de la electrónica desde hace ya varias décadas, el primero se configura como multivibrador astable y genera los pulsos de disparo para el segundo que es un multivibrador monestable que gener un solo pulso de duración fija. Entonces el primero genera el tiempo de retardo y el segundo el tiempo de activación del timer. En este diseño la clave es el transformador de acoplamiento 1:1 de los dos circuitos pues el monoestable solo responde a las bajadas del disparo y luego debe mantenerse en voltaje alto.

Espero que estos circuitos sean de utilidad para estudiantes y entusiastas de la electrónica y la programación, y cualquier duda o comentario lo recibiré con gusto.

Saludos y buen domingo.





domingo, 30 de octubre de 2016

Análisis eléctrico de Mini Bobina de Tesla (MBT)


  1. Fundamento teórico.

Una bobina de Tesla es un sistema eléctrico-electrónico que a partir de un potencial de corriente directa genera un potencial de corriente pulsante de alto voltaje gracias al oscilador que lo alimenta, lo que a su vez genera un gran campo electromagnético en el inductor secundario. Puesto que las bobinas están devanadas de tal modo que la bobina del primario se arrolla sobre la del secundario, las líneas del campo magnético generado en la bobina del circuito primario, pasan por la bobina del secundario. Como se puede observar, el campo magnético generado en la bobina del primario es un campo dependiente del tiempo, de modo que, en la bobina del circuito secundario se produce una variación del flujo que, de acuerdo con la ley de Faraday, hace que aparezca una fuerza electromotriz que a su vez provoca que aparezca una corriente inducida en el circuito secundario.

ε = −dφB/dt I = ε/R

Como el número de espiras en mucho mayor en el secundario que en el primario, se consigue una tensión, de la misma frecuencia, pero mucho más alta lo que provoca que el aire se ionice y se produzca el encendido de un foco ahorrador con gas en su interior, que son características de esta pequeña bobina de Tesla.

  1. Circuito propuesto:



El corazón de este circuito es el transistor, que en conjunto con los dos inductores o bobinas, que están configurados como un transformador elevador de voltaje, la resistencia de 22KΩ y la batería de 9V, forman un circuito oscilador. Dicho transistor es utilizado como un interruptor de estado sólido que permite o no el paso de una corriente eléctrica por la bobina L1, a una determinada frecuencia.
Hay varias preguntas por aclarar:
  • ¿Porqué oscila este circuito, a partir de una batería de corriente directa?
  • ¿Si oscila a qué frecuencia lo hace?
  • ¿Cuál es la razón de que la bobina de Tesla ocupe de una frecuencia para causar la ionización del aire en la vecindad de la bobina L2?
  • ¿Qué cantidad de voltaje se induce en la bobina L2?
  • ¿Qué significa que el circuito esté retroalimentado y para qué?
  • ¿Cuál es la forma de las ondas generadas por el oscilador en la bobina de Tesla?
  • ¿Cuánto vale la potencia generada por la bobina L2?
  • ¿Cómo podemos medir las principales características de esta bobina de Tesla?


A continuación trataremos de dar respuesta a ellas. Por principio de cuentas mostramos de manera gráfica la secuencia de operación de la bobina de Tesla.

  1. Análisis del circuito.




En el esquema anterior podemos observar que al cerrar el interruptor (SW) una corriente eléctrica I1 entra al circuito, luego, en un primer momento I3 se divide en dos corrientes: una que alimenta al LED de encendido a traves de una resistencia de 1 KΩ y otra que se inyecta a la base del Transistor por medio de la resistencia de 22 KΩ. Al recibir esta corriente el transistor va del estado de corte (apagado o bloqueado) al de saturación (encendido o conducción) como se muestra en la figura anterior. Esto hace que circule una corriente eléctrica por L1 y produce en ésta una fuerza electromotriz que genera un campo electromagnético.
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En la figura siguiente se ilustra el siguiente ciclo:




Entonces, ahora el campo electromagnético generado en L1 se induce en embobinado de L2, según la Ley de Faraday, que establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde.

La ley de Lenz plantea que las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía. La polaridad de una tensión inducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.

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El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por un campo magnético generado en una tensión disponible con una circunstancia totalmente proporcional al nivel de corriente y al nivel de amperios disponible en el campo eléctrico. Cuando un voltaje es generado por una batería, o por la fuerza magnética de acuerdo con la ley de Faraday, este voltaje generado, se llama tradicionalmente fuerza electromotriz o fem. La fem representa energía por unidad de carga (voltaje), generada por un mecanismo y disponible para su uso. Estos voltajes generados son los cambios de voltaje que ocurren en un circuito, como resultado de una disipación de energía, como por ejemplo en una resistencia. Por tanto, como mencionamos anteriormente, se induce una corriente eléctrica el L2 de sentido contrario a la que circula en la L1.

La figura siguiente ilustra el efecto que tiene la corriente que se induce en L2 sobre el transistor, que recordemos esta activado o en saturación.





En este esquema se puede observar que la corriente que circula por L2 tiene un sentido que reduce la corriente a la base del transistor activado, haciendo que este se apague momentáneamente, quitando la corriente a L1, y se mantiene así hasta que la bobina L2 se descarga, y el transistor se vuelve a activar, y así sucesivamente. Por tanto, el circuito tiende a oscilar a una cierta frecuencia, debido a la carga y descarga de las 2 bobinas, en conjunto con el dispositivo semiconductor de control de tres terminales, como se presenta en la figura que sigue.



Entonces, la bobina de Tesla depende de la frecuencia oscilación del circuito, que hace que la bobina L2 se conmute a muy alta velocidad, generando un alto potencial (debido a las 200 vueltas de su bobinado opera como un transformador de subida con respecto a L1 que solo cuenta con 2 vueltas) en el extremo que va unido a la bola de unicel provocando una ionización del aire circundante, y así podrá inducir un potencial en el foco ahorrador al acercarlo a ella.

  1. Análisis del circuito oscilador con transistor.

El primer paso para el análisis es medir las inductancias de L1 y L2 mediante un medidor digital LCR, teniendo los siguientes resultados:

L1 = 17.6 μH
L2 = 11 mH

Ahora calculamos los tiempos de carga y descarga del inductor L2 en donde se genera un alto potencial debido a la frecuencia de oscilación junto con el transistor:

t descarga = L/R = 11mH/22KΩ = 0.5 μS
y como t descarga ≈ t carga, entonces
T = 2 X 0.5 μS = 1 μS

F = 1/T = 1/1 μS = 1 Mhz

Ya conociendo la frecuencia de oscilación de la MBT, podemos calcular las reactancias inductivas de las bobinas L1 y L2:

XL = 2¶FL

XL1 = 2¶FL1 = 2x3.1416x1MHzX17.6 μH = 111 Ω
XL2 = 2¶FL1 = 2x3.1416x1MHzX11 mH = 71.8 KΩ


  1. Análisis del transistor como interruptor.


El Transistor BJT que se utiliza es un TIP41C tipo NPN, y es el dispositivo activo responsable de la oscilación de la MBT, y en la tabla siguiente se muestran sus principales parámetros eléctricos tomados del manual de semiconductores.



Parámetro
Valor
Encapsulado
TO-220
VCBO
100V
VCEO
100V
VEBO
5V
ICmax
6A
ICPmax
10A
Pmax
25W
hfe
75
VCE(sat)
1.5V
VBE(on)
2V
Fmax
10MHz


Comencemos el análisis con la saturación del transistor.

ICS = (Vcc-VCE(sat))/RC IBS = ICS/hfe

Pero Rc es equivalente a la reactancia inductiva de L1 igual a XL1 = 111Ω

ICS = (9V-1.5V)/111Ω= 67.56 mA
IBS = 67.56 mA/30 = 2.25 mA

Estas dos intensidades de corriente circularán por el colector y la base, respectivamente, cuando el transistor se encienda o sature. Durante el apagado o corte del transistor, ambas corrientes disminuyen significativamente por lo que las consideramos despreciables o cercana a cero.


  1. Cálculo de la fueza electromotriz en el secundario L2.

Aquí aplicamos la ecuación básica para un transformador que forman L1 (primario) y L2 (secundario):

Vp/Vs = Np/Ns

Donde Vp es la tensión del primario, Vs es e voltaje del secundario, y N es el numero de vueltas correspondientes, entonces nos interesa aplicar la formula y despejar Vs, es decir la tensión que elevará la MBT. 8


Vs = (8.92X200)/2 = 892 V
Is ≈ Vs/XL2 = 892V/71.8 KΩ = 12.42 mA
Ps = Vs X Is = 892 X 12.42 mA = 11 VA

La ultima es la potencia generada por la MBT, exclusivamente en la L2 o salida de la misma.

  1. Mediciones en los principales puntos de la bobina de Tesla.

Mediante un Multímetro digital realizamos las mediciones siguientes (todas en CD pulsante):

Parámetros (CD)
Valor y unidades
Voltaje Colector Base
12.24 V
Voltaje Colector Emisor
8.92 V
Voltaje Emisor Base
3.43 V
Corriente de Colector
290 mA
Corriente de Base
0.2 mA
Frecuencia en Colector
1.039 MHz
Corriente en L2
22 mA
Voltaje en L2
No se puede medir con MM digital directamente
Corriente el LED
8 mA
Temperatura Transistor
70 °C

Compara las mediciones anteriores con los parámetros del transistor y con los cálculos, y finalmente analiza los datos. ¿Qué conclusiones obtienes?
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Luis Lapham/Julio 2016
@lapham25



lunes, 21 de marzo de 2011

Video de uso del protoboard (UNAM)

Estimados amigos, me tomo la libertad de compartir este excelente vídeo de la UNAM, sobre la correcta utilización del protoboard o tablilla de experimentación. Saludos



Dispositivos eléctricos de protección en Prezi

Hola a todos, esperando se encuentren bien, les entrego una presentación, nuevamente en la plataforma Prezi, sobre algunos de los dispositivos y sistemas que se utilizan para proteger equipos electrónicos de control de potencia, a ver que les parece. Espero sus valiosas opiniones.

Saludos

http://prezi.com/yt2a1ku-j88i/dispositivos-electronicos-de-proteccion/

¿Qué son los Tiristores?en Prezi

Saludos estimados colegas, alumnos y amigos, les dejo aquí una presentación en la plataforma de Prezi, una presentación acerca de los Tiristores, solo trato el SCR y el TRIAC, como base de dichos dispositivos electrónicos de potencia. Aunque en la actualidad ya hay dispositivos híbridos mejorados.
Ojala, les sea de utilidad.

http://prezi.com/kvugts_sk9_y/que-son-los-tiristores/

martes, 31 de agosto de 2010

Presentación Prezi de compuertas lógicas.

Saludos estimados colegas proyecteros electrónicos. les dejo  una presentación en PREZI sobre compuertas lógicas para una de mis clases.


http://prezi.com/xuwie_gpsxmv/compuertas-logicas/


Espero sus opiniones y comentarios...