Temporizadores - Luz de escalera

Básico

Ciudad iluminadaEl ser humano viene usando temporizadores desde hace cientos de años, incluso antes de que la electricidad fuera descubierta tal y como la conocemos hoy. Por ejemplo, hay pruebas de que allá por el siglo XIV ya se usaba el llamado "reloj de arena" para evaluar periodos de tiempo de cierta duración.

Incluso nos podríamos remontar a miles de años atrás, hasta el periodo babilónico, para hablar de la clepsidra o "reloj de agua", también usado por egipcios y atenienses, estos últimos con objeto de "temporizar" y controlar el espacio de tiempo asignado a los oradores.

Hoy dia los temporizadores electrónicos son circuitos utilizados de manera muy habitual, tanto incorporados a determinados equipos como de forma independiente y autónoma.

Ejemplos de aparatos que incluyen un temporizador son: hornos microondas y convencionales, ventiladores, acondicionadores de aire, lavadoras, secadoras, receptores de radio y TV, etc...

También existen de forma independiente para controlar el tiempo de cocción de los alimentos, o para encender y/o apagar luces y cualquier cosa conectado a ellos.

Pero concretamente en este artículo vamos a tratar de un temporizador que solemos usar practicamente a diario; el que casi todos los bloques de viviendas tienen instalado en sus escaleras para controlar el tiempo que las lámparas permanecen encendidas.

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Algo que queremos dejar muy claro antes de empezar es lo que nos hemos marcado como objetivo al escribir este artículo.

Nuestra pretensión no es exponer el funcionamiento detallado de un verdadero temporizador electrónico de escalera, bastante más complejo de lo que vas a encontrar aquí. Lejos de eso, sobre todo teniendo en cuenta que estamos en la sección "Básico", lo que intentamos hacer que comprendas es el funcionamiento y la aplicación práctica de algunos componentes electrónicos fundamentales, como el condensador y el transistor BJT.

También hemos querido repasar una particular configuración de montaje con dos transistores, conocida como "Darlington", y su principal diferencia si la comparamos con la clásica de emisor común estandar con un solo transistor. ¡Comenzamos!.

EL CIRCUITO BASE
Para que puedas ir asimilando conocimientos facilmente lo mejor será comenzar desde el principio, mostrándote el circuito básico desde el que vamos a partir. Posteriormente lo iremos modificando para mejorarlo, dentro de lo posible, y obtener al final nuestro temporizador de luz de escalera.

Al tratarse solo de un circuito didáctico, destinado mas bien al aprendizaje y conocimiento funcional de los componentes que intervienen en él, vamos a implementarlo en baja tensión y con corriente continua, lo que significa que usaremos una simple pila o batería para alimentarlo.

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El esquema básico de principio es el que te presentamos a continuación.

Esquema básico luz escalera

Cuando el circuito está en reposo el transistor T1 no conduce, ya que no recibe ningún tipo de polarización entre base y emisor. En estas circunstancias la lámpara L no se ilumina.

Las cosas cambian cuando presionamos momentaneamente el pulsador P1. Inmediatamente el transistor comienza a conducir, ya que entonces su base si que recibe la necesaria intensidad de corriente a través de la resistencia R1.

Pero además, el condensador C1 se ha cargado a tope en cuanto P1 se cerró de manera que, aunque quitemos el dedo del pulsador, la base de T1 continuará recibiendo la polarización adecuada para conducir hasta el momento en que C1 se descargue lo suficiente.

Bajo estas condiciones la lámpara L seguirá luciendo durante un periodo de tiempo determinado principalmente por la capacidad del condensador y el valor de la resistencia R1. Ya tenemos nuestro temporizador de escalera, muy básico pero completamente funcional. No obstante se puede mejorar y lo vamos a hacer.

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MEJORAS DEL CIRCUITO
Imagina que necesitamos colocar nuestro temporizador en un bloque con muchas viviendas, de diez o doce plantas. Logicamente, para no quedarnos a oscuras a mitad de camino, necesitaremos un periodo de iluminación más largo. ¿Como lo conseguiremos?.

Ya hemos adelantado que modificando la capacidad del condensador podemos alterar el mencionado periodo. En caso de necesitar más tiempo lo que tendríamos que hacer sería aumentar la capacidad del condensador. No obstante, aunque esta solución puede funcionar, para periodos relativamente largos esto supondría la utilización de condensadores voluminosos y caros que, además, introducirían cierta inestabilidad e imprecisión en el circuito con el transcurso del tiempo y los cambios de temperatura ambiente.

También podríamos aumentar el valor de la resistencia R1 y así conseguir tiempos de descarga más largos. Sin embargo, esta solución tampoco sería muy satisfactoria ya que, a partir de un determinado valor de esta resistencia, el transistor T1 no trabajaría en la zona de polarización "segura" y es muy posible que nuestro circuito arrojara un índice de fallos elevado. ¿Entonces como conseguimos tiempos más largos de forma estable?.

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La mejor solución pasa por utilizar un "super-transistor" con una ganancia de corriente (o "amplificación") muy superior a la normal. De esta manera la lámpara permanecería encendida aún con corrientes de base muy pequeñas, tan pequeñas que, aunque en el circuito anterior con un transistor convencional no pueden mantener a T1 conduciendo, al usar el "super-transistor" con tan elevada ganancia podríamos prolongar el tiempo de encendido de manera más que satisfactoria

A este "super-transistor" se le conoce como "Darlington" y puede implementarse mediante el uso de un solo componente físico conteniendo dos transistores dentro del mismo encapsulado o bien conectando dos componentes discretos para que funcionen de ese modo.

Símbolo del transistor Darlington

La ganancia teórica de un Darlington es el producto de la ganancia de ambos transistores. Eso quiere decir que si cada transistor tiene una ganancia individual de 100, el Darlington tendría una ganancia en conjunto de 100 x 100 = 10.000 aunque en la práctica nunca llegan a alcanzarse estos niveles.

Con un transistor Darlington (o dos transistores montados con esa configuración) nuestro circuito, a pesar de utilizar los mismos valores de condensador y resistencia, disfrutaría de un periodo de iluminación mucho más largo al aprovechar más a fondo la carga contenida en el condensador C1. Su esquema quedaría de la siguiente manera.

Esquema luz escalera con Darlington

Pero el dispositivo todavía adolece de un problema grave. El tiempo durante el cual la lámpara se mantiene encendida es fijo y no se puede modificar sin cambiar componentes. En la práctica, esto hace que solo lo podamos usar en edificios de una altura determinada.

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El temporizador debería ser ajustable, es decir, que mediante algún dispositivo adicional (por ejemplo un trimmer o potenciómetro de ajuste) pudiéramos modificar el tiempo que la lámpara se mantiene encendida a lo largo de un margen razonable, de manera que pudiéramos instalarlo tanto en edificios de poca altura como en los más altos, dando tiempo suficiente al usuario para no quedarse a oscuras por el camino, pero también haciendo que la lámpara se apague después de un periodo de iluminación lógico y no malgaste energía inutilmente.

Una manera de conseguir esto es controlando el tiempo de descarga del condensador. Mira el siguiente esquema.

Esquema luz escalera con ajuste del tiempo

Hemos añadido un potenciómetro ajustable de 47k (PT1) y una resistencia en serie de 470 Ohmios (R2). Esta última resistencia tiene la misión de que no se produzca un cortocircuito franco cuando PT1 esté en su nivel mínimo de cero ohmios y entonces se presione el pulsador P1.

El conjunto de resistencia mas potenciómetro se ha colocado en paralelo con el condensador C1, de manera que este último se descargará a su través. El tiempo de descarga dependerá del valor ajustado en el potenciómetro. A un valor alto de PT1 corresponderá una descarga lenta y un periodo de tiempo largo. Para un valor bajo de PT1 la descarga será más rápida y el periodo de tiempo será más corto.

Eligiendo convenientemente los valores de R1, R2, C1 y PT1 conseguiremos un funcionamiento perfecto para un periodo de tiempo de encendido lo suficientemente flexible para la mayoría de situaciones.

Hemos preparado un video en el que podrás ver sobre el terreno todo lo que aquí hemos explicado.

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Esperamos que hayas disfrutado con este artículo. No dejes de visitarnos. Recuerda que Radioelectronica.es es tu punto de encuentro.

Un saludo a todos.

 
C O M E N T A R I O S   
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Re: Excelente como siempre

#2 Departamento Técnico » 23-07-2017 19:31

¡Hombre Juan Carlos!... Cuanto me alegra leerte de nuevo. Muchas gracias por tus felicitaciones.

Ante todo espero que os encontreis bien por allí arriba. Por aquí abajo nos estamos asando de calor. Menos mal que tenemos cerca la playa.

Como con la crisis no podemos pillar vacaciones tenemos algo más de tiempo para hacer cositas y darle un empujoncito a la web. Hay mucha gente que le interesa este tema y nos gusta compartir lo poco que sabemos.

Un fuerte abrazo.

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Excelente como siempre

#1 Juan Carlos López Duque » 22-07-2017 22:13

Muy bien Don Jose; me encantan sus videos, están impecablemente realizados y poseen una didáctica ejemplar. Son sencillos en los montajes, lo que nos viene muy bien a los que, como yo, somos unos novatos y junto a sus explicaciones hacen un elemento de gran ayuda.
Ánimo.
Juan Carlos

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