Hagamos un circuito temporizador de retardo de apagado de 5 minutos. Porque siempre debemos ahorrar batería. La forma más sencilla es encender la luz sólo cuando sea necesario y apagarla cuando no. Pero en la práctica, a menudo nos olvidamos de apagar las luces incluso cuando no son necesarias.
Mi hija tiene un pequeño rincón artístico que requiere luz de una bombilla LED de 12V 3W. Cuando se utiliza con una batería de 12 V 3 Ah, se puede utilizar de forma continua durante aproximadamente una hora.
Pero ella sólo crea arte durante 30 minutos o menos a la vez.
A menudo se olvidaba de apagar las luces, lo que provocaba efectos negativos en la batería porque se agotaba por completo. haciendo que la batería se deteriore más rápido de lo que debería.
Mi hija dijo que quería el sistema para que una vez que se presione el interruptor de encendido, el LED permanezca encendido durante unos 5 minutos y luego se apague solo. Luego, si deseas seguir usando la luz, presiona el interruptor nuevamente.
O si lo presionas antes de que se acabe el tiempo. Extenderá la luz por otros 5 minutos, sumando al tiempo restante.
Por ejemplo, si pasan tres minutos desde que presionó el interruptor, quedarán dos minutos (2 min) en el temporizador. Pero si presiona el interruptor nuevamente durante ese tiempo, agregará otros cinco minutos. haciendo que la luz permanezca encendida otros siete minutos (2+5 min) sin tener que esperar a que se apague el LED primero.
Y también debería haber un botón de reinicio para restablecer el tiempo restante a 0 minutos o volver al modo de espera.
Con este sistema podemos ahorrar más electricidad solucionando el problema del olvido de apagar la luz y ayudando a gestionar el tiempo para diversas actividades, como jugar móvil juegos, cepillarse los dientes, etc.
Cómo funciona
Primero, pongamos el concepto de circuito desde arriba en un diagrama de bloques más comprensible.
Ahora que vemos lo que necesitaremos para que el circuito funcione, comencemos con la parte principal y más importante: el temporizador de retardo de apagado.
La idea de que cuando presione el interruptor, aparecerá Vout durante el tiempo que mantenga presionado el interruptor es bien conocida.
Pero necesitamos retrasar o extender aún más el tiempo de Vout.
Diseño de temporizador de retardo de apagado
La forma más sencilla es utilizar un condensador. Almacena energía y la libera en un período corto, mientras que una capacitancia mayor retiene más energía y la deja salir en un período más largo.
Cuando conectamos el condensador a través de la salida, presionamos el interruptor y lo soltamos. El Vout (en el gráfico verde) persiste durante un tiempo y disminuye gradualmente hasta agotarse. Porque cuando presionamos el interruptor, el capacitor se cargará de voltaje.
Al instante siguiente, soltamos el interruptor, descargando el voltaje del capacitor.
Entonces intentamos conectar el LED a la salida. Pero el LED permanece encendido por un momento.
Luego cambiamos el condensador por uno de 1000 µF, lo que hizo que el LED permaneciera encendido por más tiempo. Pero cuando se utiliza con un LED de 12 V y 3 W, el retraso es bastante corto porque este LED consume mucha más corriente. Entonces necesitaríamos el controlador o controlador para una carga de corriente tan alta.
Hay varios componentes disponibles para usarse como controlador. Pero normalmente elegimos un relé porque es fácil de usar, similar a un interruptor normal. Simplemente ingresamos una corriente baja de aproximadamente 20 mA a 30 mA en una bobina de relé, produciendo un campo electromagnético que junta los contactos del interruptor.
Como resultado, una corriente más alta de la batería de 12 V fluye a través de ella hacia el LED de 12 V 3 W, iluminándolo.
Pero el retraso todavía es demasiado breve. Esto se puede solucionar cambiando el condensador a uno de 2200 µF o superior. Pero es bastante grande, por lo que elegimos un condensador de 100 µF, pero con un circuito adicional para alargar el retraso.
Según el principio de la Constante de tiempo del circuito RCpodemos determinar el período a partir de la fórmula: T = RxC
Cuando queremos el valor del período, T = 5 minutos o 300 segundos (5 x 60),
¿Qué valor de resistencias necesitamos?
R = T/C
= 300S/100μF
= 3MΩ
Pero en su lugar tendríamos que usar una resistencia de 3,3 MΩ y 0,25 W.
Luego lo probamos con un voltímetro y el voltaje cae a cero voltios en 5 minutos, o se descargará durante unos 300 segundos, como se calculó anteriormente.
Debido a que el voltímetro tiene una resistencia de muy alta resistencia en su entrada, dicha resistencia no tiene ningún efecto sobre la descarga del condensador.
Analicemos el problema juntos. Cuando se utiliza el circuito controlador de relé anterior, la resistencia de la bobina del relé está solo por debajo de 600 Ω. Tiene un gran impacto en el circuito de constante de tiempo RC.
Circuito de relé de retardo usando transistor
Entonces, agregamos un circuito controlador de transistores para accionar la bobina del relé, que consta de un transistor (Q1) y una resistencia (R2). Esto creará más resistencia para reducir el impacto en la descarga del condensador.
Pero el retraso sigue siendo inferior a 5 minutos. qué más podemos hacer?
Si mantuviéramos este controlador de relé, ¿cómo podríamos aumentar su resistencia de entrada o su impedancia de entrada?
Usando el circuito buffer
Podríamos agregarle un circuito amortiguador. El circuito buffer tiene una impedancia de entrada (resistencia) muy alta.
Existen muchos circuitos de búfer, pero ahora usaremos un IC digital CMOS: CD4093 Quad NAND Schmitt Triggers de 2 entradas.
Aprenda a utilizar los circuitos integrados CMOS
Cubrir la puerta NAND al búfer
La estructura interna del CD4093 consta de cuatro puertas NAND. Pero sólo necesitamos dos de ellos para crear un circuito amortiguador.
Comenzamos con el buffer de dos NO compuertas o inversores que están conectados en serie.
El inversor proviene de la puerta NAND con dos de sus pines de entrada conectados entre sí.
Y obtendremos el búfer conectando dos puertas NAND CD4093 en serie.
La entrada del buffer tiene una impedancia muy alta (más de 10 M de resistencia), por lo que no tiene ningún efecto sobre la descarga del condensador.
Además, los Schmitt Triggers hacen que este circuito sea más eficiente. A medida que el capacitor se descarga, el nivel de voltaje continúa disminuyendo. El disparador Schmitt hace que el estado de la salida cambie a “0” inmediatamente, lo que provoca que el controlador del relé apague el LED.
Más información sobre el gatillo Schmitt
De este modo, reduce un pico de voltaje o un transitorio del contacto del interruptor del relé.
A continuación, tomamos cada pieza y las ensamblamos en un circuito completo del circuito del temporizador de retardo de apagado.
Hemos agregado algunos componentes más para aumentar la eficiencia del circuito, que consisten en:
- D1 evita la colocación de polaridad incorrecta. Cuando ya tenía unos 11 años, la misma edad que tenía mi hija en ese momento. Solía alimentar el CD4093 con la polaridad incorrecta y en 3 segundos se rompió, por lo que tener un diodo de protección es algo bueno.
- D2 protege contra voltaje negativo que puede ser causado por la descarga del capacitor. Puede dañar nuestro IC.
- C2 es un condensador de filtro de ondulación.
- LED1 es el indicador de encendido de este circuito.
- R2 limita una corriente segura para LED1.
- El LED2 indica que el temporizador de retardo está funcionando.
- R3 limita una corriente segura para LED2.
- D3 protege contra picos de voltaje negativos que pueden ser causados por la bobina del relé. Puede dañar Q1 y otros.
La desventaja de este circuito.
Podemos ver que si se pulsan S1 y S2 al mismo tiempo se producirá un cortocircuito. Una gran cantidad de corriente de la batería fluye a través de D1. ¡Ten especial cuidado!
La forma de evitar este problema es omitiendo S2 (reinicio) por completo y agregando un interruptor de encendido/apagado a la batería.
La razón por la que no pongo el interruptor de encendido y apagado en primer lugar es que se agota en el momento de hacerlo. Además, este circuito consume muy poca energía de todos modos.
Mejorando este circuito con interruptor de palanca SPDT de 3 posiciones
Podemos resolver el problema anterior con un interruptor de palanca SPDT de 3 posiciones y 3 terminales ON-OFF-ON, como se muestra a continuación.
La palanca del interruptor normalmente está en la posición media (OFF) para cerrar el circuito. Pero cuando el interruptor se mueve a la posición de Inicio y luego se regresa a la posición de APAGADO, iniciará el circuito. Pero cuando movemos el interruptor a la posición Restablecer y luego lo volvemos a colocar en la posición APAGADO, restablecerá el circuito nuevamente como se indicó anteriormente.
Aprenda: Cómo utilizar los circuitos temporizadores 555
También te pueden interesar estos circuitos temporizadores:
Obtenga el libro electrónico: Electrónica simple Vol-03
Obtenga actualizaciones por correo electrónico
Siempre tratamos de hacer Electrónica. Aprendiendo Fácil.
