Llave táctil o de aproximación

Para entender la magia de este circuito primero debemos saber que el cuerpo humano tiene electricidad y a su  vez es un buen conductor, gracias a esos fenómenos físicos podes hacer infinidades de cosas.

En esta imagen se ve al inventor Nikola Tesla sujetando una lampara la cual enciende gracias a la conductividad del cuerpo humano.

Si usted quiere sentirse Tesla por un rato arme su famosa bobina y vea como se enciende una lampara.

Para este proyecto no usaremos el cuerpo como conductor sino como inyector de corriente y tensión a través de un material conductor en este caso cobre.

Para comprender , tenemos que hablar de la estática esas pequeñas cargas que nosotros liberamos, estas cargas entran en nuestro cuerpo a través de la frotación de elementos de la vida cotidiana  ya sea ropa, objetos, etc . A veces  sentimos una leve descarga eléctrica que no sabemos de donde vino, esa es la estática, como ya dijimos antes hay muchos factores que la producen pero a  nosotros no nos hace daño,  si a  algunos componentes electrónicos por eso todo técnico debe contar con una pulsera anti estática.

Observe en la imagen esta pulsera desvía esa carga hacia un cable que tiene que estar conectado a un metal para así no dañar los componentes .

Nosotros la aprovecharemos de tal manera que esa corriente nos ayude a activar /desactivar cargas eléctricas.

Para aprovechar este fenómeno físico nos ayudaremos de un componente electrónico el cual fue el impulsor de la electrónica moderna.

¿lo conoce?.Si este es un transistor bipolar el cual gracias a sus propiedades químicas  podemos usarlo de dos maneras posibles como amplificador y como llave electrónica.

Breve historia

El transistor: Desarrollado en 1947, el transistor provocó una nueva revolución en equipos de radio portátiles y equipos de música. Hoy en día, miles de millones de transistores se fabrican cada semana. Foto de sus creadores en los laboratorios Bell de izquierda a derecha Jhonn Bardeen , Willian Shockley y Walter Brattain .

Analicemos un poco la magia del transistor

transistor  bjt de la sigla en ingles bipolar junction transistor.

el transistor es un componente semi conductor que puede conducir en ciertas condiciones y en otras no .Este semi conductor esta construido por dos tipos de materiales llamados N y P agregando impurezas de silicio puro (este proceso se llama dopado).

La base es sumamente estrecha y poco dopada en relación  con el emisor y el colector en consecuencia tiene una concentración muy baja de portadores .

El emisor, por su parte esta fuertemente dopado y la concentración de portadores mayoritarios disponibles supera ampliamente la base .

Por otro lado el colector es sumamente amplio y tiene una alta concentración de portadores minoritarios en relación a la base y muy pocos portadores mayoritarios en comparación con el emisor.

En el caso de un transistor NPN ,esto significa que no posee la suficiente cantidad de huecos para combinarse con todos los electrones que puede suministrar el emisor .

Como resultado la mayoría de estos electrones atraviesan la base colector.

Polarización y funcionamiento

Debido a la forma como se alteran las capas P y N, en un transistor existen dos uniones PN; una entre emisor y base (EB),y otra entre colector y base (CB).Esta unión deben polarizarse y suministrar un voltaje fijo en sus terminales.

 aclaracion : las corrientes dibujadas (IC, IE y IB) corresponden al sentido de la corriente de los electrones sentido real .La corriente convencional se dibuja en sentido contrario.

Observe la imagen la unión CB inversarmente en este caso ,la polarización de la unión BE la provee el voltaje VBB y la unión BC el voltaje vcc .Por lo tanto ,en un transistor NPN ,la base debe ser positiva con respecto al emisor y negativa con respecto al colector .Así mismo, en un transistor PNP, la base debe ser negativa con respecto al emisor y positiva con respecto al colector.

imagen de  los transistores NPN y PNP

Como resultado de la polarización se produce en un transistor tres corrientes la de base (IB) ,la de emisor (IE) y la de colector (IC),debido a que la unión BE esta polarizada directamente, los portadores mayoritarios de ambas regiones son obligados por el voltaje VBB a cruzar la unión y combinar mutuamente . En el caso de un  transistor NPN , esto significa que gran parte de los electrones suministrados por el emisor del (1%al 5%) se combinan con los pocos huecos disponibles en la base, esto origina una corriente de base relativamente pequeña (IB).

Los electrones restantes del (95% al 99%) son atraídos hacia afuera el colector por la fuente de tensión  inversa de polarización vcc de la unión BC pasan a través de la extensa región  de el  colector y se dirige hacia el polo positivo de la bateria y VCC ,creando una corriente de colector (IC) muy intensa.

Las corrientes de colector (IC) y de base (IB) están relacionadas con la corriente de emisor (IE),

mediante la siguiente formula

IC = β x IB

β =hfe  las veces que el transistor amplifica la corriente de base también llamada beta para entender veremos un pequeño ejemplo.

Para hallar IC primero debemos saber el hfe colocamos el transistor en las ranuras para tal fin siguiendo la configuracion de sus pines colector,base,emisor lo ponemos en su escala correspondiente.

Como se ve en la imagen el transitor 2n3904 tiene un hfe de 178,o sea que amplificara 178 veces la corriente IB (corriente de base) esta medición puede variar incluso midiendo otro transistor de la misma características.

supongamos entonces que IB sea 10000μA

para hacer los cálculos necesarios recuerde  que tiene que pasar de micro amperios a amperios.

si hablamos de micro hablamos de 1 millon

entonces si tenemos 10,000μA 

dividimos

10,000/1,000,000= 0,01 A

IC = 178 x 0,01 A

IC= 1.78 mA 

con estos cálculos queda demostrado que con una corriente de  micro amperios que es muy pequeña obtenemos en el colector del transistor una corriente mucho mayor.

si desea ver como amplifica un transistor en un circuito real arme el circuito de la imagen en la protoboard midiendo con el amperimetro la corriente de base y vera cuantos amperios de base necesita el transistor para encender el led

haga esta prueba tal como se ve en la imagen

Elementos requeridos para la practica

1 resistencia de 330 ohm (naranja ,naranja,marron )

1 transistor 2n3904

1 poteciometro 500K ohm

y  vea la teoría en acción si quiere medir corriente de colector arme en la protoboard el siguiente diagrama

Ahora  que ya sabemos que los electrones de base llamados corriente son los que fuerzan  al transistor a conducir de  colector a emisor un gran flujo de electrones .

¿entonces que pasaría si esos electrones variaran? 

por ejemplo si en la base del transistor entra una señal senoidal

como ya sabemos como amplifica el transistor

entonces esta señal sera mayor  saliendo por el colector  gracias a la formula

IC = β x IB 

como en la imagen la señal es igual misma frecuencia pero mayor voltaje y corriente

o sea que si varia 50hz 50 veces por segundo la salida serán 50 hz pero mayor voltaje y corriente.

Usted deducirá porque los transistores son útiles para la amplificación.

Como ya sabemos que nuestro cuerpo tiene electricidad y sabemos que el transistor amplifica la corriente de base  dependiendo el hfe

¿entonces que pasara si arrimamos la mano cerca de la placa de cobre ?

Si usted ha entendido todo lo explicado antes sabrá que la placa metálica se carga de electrones que son disparados por nuestra mano  esos electrones son la corriente de base que fuerza al transistor a conducir de colector a emisor como ya dijimos que solo basta una pequeña corriente de base para que entre colector y emisor circule una gran corriente esta puede ser aprovechada para muchos fines prácticos como por ejemplo hacer una radio,  tres transistores o como la una llave de aproximación que encienda una tira leds como en el vídeo  o cualquier cosa que se le ocurra .

Veamos el diagrama otra vez nosotros dijimos que si hay corriente de base  circula corriente de colector a emisor entonces esa gran corriente la tenes que usar para activar en nuestro caso la tira leds si usted observa la salida no esta en colector sino en el emisor por que si estuviese en el colector la corriente se desviaría hacia la otra etapa antes que nosotros arrimemos la mano y cuando el transistor este conduciendo la corriente se iría hacia el emisor pasando por la resistencia de 2Mohm .

Por esa razón es que la salida fue colocada en el emisor junto con una resistencia de 2Mohm y un capasitor ceramico 100 nano faradios. La resistencia de 2Mohm esta puesta para hacer de barrera y la corriente no se valla a gnd el capacitor ceramico hace filtro para que la señal de salida sea lo mas estable posible.

Ahora que ya entendimos  el funcionamiento  del transistor hablaremos de la siguiente etapa.

Para eso expliquemos la etapa  del flips flops tipo d

Descripción de pines del cd 4013 

Como explique en mis anteriores artículos  el cd 4013 es  bi estable solo diré que la salida depende del estado de la entrada.

Analicemos el siguiente diagrama

Cuando en la entrada de reloj hay un pulso positivo en nuestro caso corriente de emisor este flip flop transfiere lo que estas en Q negada hacia D siempre y cuando estos pines estén unidos  entonces Q cambia a un estado alto gracias a que  el estado que hay en D se transfiere a Q .

como Q y Q negada nunca pueden estar en el mismo estado. si Q esta en alto  Q negada pasa a estado bajo así se mantendrán las dos salidas hasta un nuevo pulso donde Q pase  a estado bajo ya que D transfirió un estado bajo proveniente de Q negada volviendo así todo a su estado inicial los pines set y reset van conectados a gnd  por que así se recibe un estado alto el flip flop queda en pausa y si esta en alto el pin reset el flip flop vuelve a su estado inicial la resistencia de 1MΩ junto al capacitor 22μf  forman una red rc la cual evita que el flip flop cambie de estado constantemente dicha red a través de la resistencia carga el capacitor, una vez cargado envía toda la carga a D si dicha red no estuviera al arrimar la mano el flip flop se comportaría como estable activando y desactivando nuestra siguiente etapa.

Como el circuito pude ser táctil o de aproximación se cambio la resistencia 2MΩ  por una 1 MΩ en serie con un preset de 1 MΩ.

Así usted puede ajustar el circuito tanto para que sea táctil o por aproximación como se ve en el siguiente diagrama.

Observe el diagrama vera que la ultima etapa del circuito esta formada por un transistor de potencia tip 31 el cual funciona como llave haciendo que la tira led  encienda.

Si no quiere usar tira led modifique el circuito como se ve en  el diagrama.

Sino sobre el mismo pcb en las borneras para tira led conecte este modulo y ya podrá conectar cargas 220vca 

PCB (distintas caras)

Circuito armado en la protoboard note que no use un preset para la practica pero si lo arma en la pcb  cámbielo  así queda fijo, usted decide  el funcionamiento a su gusto.

Espero les gustes y que este articulo les sirva no solo para armar el circuito si no para entender en detalle su funcionamiento con la teoría.

1. Si usted leyó mi anterior articulo relay activado por infrarrojo puede conectar la misma lampara a los dos circuitos y así encenderla desde la cama o la pared del dormitorio.
2. Vídeo Demostrativo

Un saludo Elias 

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