Keitaro-sama
[Funcionamiento del circuito] 21/05/2015
Proyecto Electrónico: Control Remoto con Rayos Infrarrojos
Gracias a este circuito electrónico, se podrá controlar a distancia, cualquier circuito eléctrico o electrónico mediante los rayos infrarrojos.
Este proyecto consta de dos partes, el Emisor y el Receptor.
Cirrcuito Emisor
El circuito Emisor comprende como principal componente el integrado CD4011BE del tipo CMOS, que tiene 4 compuertas NAND en su interior, de ellas solo utilizaremos 2 compuertas y en conjunto con 2 resistencias y un condensador se comportará como oscilador de onda a una frecuencia de 40 Khz aproximadamente. Luego de ello, esa señal activa a un transistor bipolar NPN de mediana potencia que actuará como interruptor y cerrará el circuito de los LED infrarrojos (se activará y desactivará según las oscilaciones que emite las compuertas NAND), y por último está la parte indicadora de funcionamiento que lo comprende un diodo LED rojo con su respectiva resistencia para que proteja al diodo LED del elevado voltaje del circuito, ya que este componente solo necesita 1.9 voltios de alimentación, sin esta resistencia, el diodo LED se quemará frente a los 9 voltios que circula en el circuito. Todo este circuito será accionado con un pulsador miniatura y energizado con una pequeña batería de 9 Vcc.
En palabras simples y concretas, este circuito sirve para emitir la señal infrarroja accionando solo un pulsador.
Circuito Emisor (en estado activo)
Circuito Receptor
El circuito Receptor consta de 5 circuitos integrados, según la secuencia, el primero es el receptor infrarrojo TSOP1738, que recibe la luz infrarroja y lo convierte a una señal demodulada y es recepcionado por el segundo circuito integrado, el CD4093B, que convierte esa señal sinusoidal en una señal de onda cuadrada.
En otras palabras, este bloque revierte el proceso que hace el circuito emisor, convirtiendo la luz infrarroja en una señal eléctrica
Circuito receptor, primer bloque (en estado activo)
Luego, esa señal ingresa al circuito integrado NE555 por el pin 2, que va a cumplir la función de temporizador, el propósito de este circuito es de evitar los falsos disparos.
Cuando el NE555 recibe una señal por el pin 2, este integrado emite una señal por el pin 3, por un tiempo de 1 segundo, durante ese tiempo su estado de salida es inalterable, por más que el circuito emisor emita nuevas señales, la señal en el pin 3 del NE555 seguirá en alto hasta transcurrido el segundo, luego de ello este integrado dejará de emitir la señal y estará listo para recibir una nueva orden y así repetir el proceso de trabajo.
Como se observa en el diagrama, el diodo LED (D3) indica la presencia de dicha señal.
Seguido de esta parte, encontramos el Circuito Integrado CD4013BE, en su interior consta de dos Flip Flops del tipo D, para esto solo utilizaremos solo uno establecido a una debida conexión para que cada vez que reciba una señal en alto este emita en su salida una señal en alto, cuando reciba otra señal en alto proveniente del NE555, este Integrado dejará de emitir la señal en su salida.
CD4093BE
Y por último, con la señal de salida del CD4013BE, pasamos a controlar un relay, por medio del transistor NPN bipolar BC548 que actuará como interruptor controlado desde la Base de dicho componente, el diodo LED (D4) indicará cuando este circuito estará activo y esté energizado el relay que esta a su vez controlará 2 diodos LED (D6 y D7) que, solo por fines indicativos y de prueba (carga), están conectados de acuerdo a los contactos del relay (NC, NA), rojo si es que está en estado activo, y verde en estado de reposo.
Todo este circuito estará energizado con una fuente de poder de 5 y 12 voltios de corriente continua, los 5 voltios alimentarán a todos los circuitos integrados (CD4011BE, CD4013BE, CD4093BE, TSOP1738, y el NE555) y los 12 voltios alimentará al transistor BC548 y al Relay.
Circuito Receptor
Según el circuito descrito abajo, esta fuente de poder estará comprendido inicialmente con un transformador, que reducirá el voltaje de 220 Vca a 12 Vca, para luego ser convertido a corriente continua con 4 diodos rectificadores 1N4005 conectados en modo puente, se le coloca un condensador electrolítico de 2200 uF para reducir las pulsaciones de la corriente rectificada proveniente de las ondas sinusoidales de la corriente alterna, con ello la corriente tomas dos vías, uno es proveer voltaje al transistor BC458 y al relay, mientras que la otra vía llevará a la corriente a ser reducido a 5 Vcc por medio del circuito integrado 7805 y así energizar al resto de los circuitos integrados.
El defecto de este circuito electrónico a la hora de su uso, es que su señal infrarroja no es codificada, dando lugar a que el circuito receptor se active por medios de otras fuentes de luz infrarroja, como controles remotos de diversos artefactos electrónicos, dado a este inconveniente puede dar lugar a confusión y la activación o desactivación accidental de este circuito electrónico.
Lista de materiales empleados
N° Componente Cantidad 1 Resistencia 1/4 w 100 K 2 2 Resistencia 1/4 w 10 K 3 3 Resistencia 1/4 w 2,2 K 1 4 Resistencia 1/4 w 1 K 1 5 Resistencia 1/4 w 820 1 6 Resistencia 1/4 w 1.5 K 2 7 Resistencia 1/4 w 1,2 K 1 8 Condensador ceramico 1 nF 1 9 Condensador ceramico 0,1 µF 1 10 Condensador ceramico 10 nF 2 11 Condensador Electrolitico 10 µF / 16 V 1 12 Condensador Electrolitico 2200 µF / 16 V 113 Circuito Integrado CD4011BE 1
14 Circuito Integrado CD4093BE 1
15 Circuito Integrado NE555 1
16 Circuito Integrado CD4013BE 1
17 Circuito Integrado 7805 1
18 Transistor NPN BD135 1
19 Transistor NPN BC548 1
20 Receptor infrarrojo TSOP1738 1
21 Diodo rectificador 4 22 Diodo 1N4148 2 23 Diodo emisor IR 2 24 Diodos LED 5 25 Pulsador NA 1 26 Relay 12V 1
27 Transformador 220 VCA - 12 VCA 1A 1
28 Bateria 9 V 1
29 Conector para bateria 1
30 Protoboard (fuente de poder) 1
A continuación se describe a detalle los circuitos integrados que se emplearon en este circuito
Circuito Integrado CD4011BE (CMOS NAND)
CD4011 es un componente electrónico que consiste en cuatro compuertas NAND de dos entradas en su interior, estas entradas están protegidas contra descargas estáticas con diodos VDD y VSS. Una característica importante de estas compuertas, es que pueden ser usadas de forma independiente y como interruptores además de presentar una elevadísima sensibilidad en vista de su alta impedancia de entrada.
La compuerta NAND es una puerta lógica digital que implementa la conjunción lógica negada, se comporta de acuerdo a la tabla de la verdad mostrada más abajo, al igual que su estructura y la distribución de los pines de conexión. Cuando todas sus entradas están en 1 (uno), su salida es 0 (cero), mientras que cuando una sola de sus entradas o ambas están en 0 (cero), su salida va a ser 1 (uno). Este componente electrónico se presenta en un encapsulado DIL-14, (doble línea) además de encontrase también en el de tipo SMD (montaje superficial de dispositivos).
Diagrama de conexión, Tabla de Verdad y Circuito equivalente.
Circuito Integrado CD4013BE (CMOS Flip Flop D)
El circuito integrado 4013 o sus equivalentes en diferentes marcas CD4013, TC4013, MC14013 o HEF4013, contiene 2 flip-flops del tipo D, tiene entradas independientes de puesta a “1” PRE, puesta a “0” CLR y CLK. La salida del flip-flop la tenemos negada y sin negar.
El funcionamiento es simple, el dato o nivel que tenemos en la entrada D es transferido a la salida Q durante la transición positiva de la señal de reloj CLK.
Las patillas de alimentación son el pin 14 VDD, que admite un rango de funcionamiento de 3V a 15V, y el pin 7 VSS o GND.
Diagrama de conexión y Tabla de Verdad
Circuito Integrado CD4093BE (CMOS NAND Schmitt Tigger)
CD4093 es un componente electrónico que consiste en cuatro compuertas NAND Schmitt Tigger de dos entradas en su interior. Este tipo de circuitos integrados son similares a las clásicas compuertas y separadores, a tal punto que en muchos casos podrían usarse unas en lugar de las otras sin que se vea afectado el circuito lógico, sin embargo poseen ciertas características que las distinguen y que deberemos tener en cuenta a la hora de realizar un diseño. Por lo pronto la conmutación hacia el estado alto y bajo ya no depende del estado intermedio de la tensión de fuente (VDD), que en compuertas comunes sabemos que se crea una situación de indecisión. Para clarificar este concepto, supongamos una compuerta CD4011 alimentada con 12 V.Si aplicamos una tensión de 7 V en sus entradas, interpretará un 1 con segundad. Si ésta tensión fuese de 5 V interpretará un 0 también con seguridad. Pero si la tensión es de 6 V se produce el estado de indecisión y no sabrá que "rumbo tomar', produciendo en su salida señales confusas.
Esta situación no se presenta en los disparadores schmitt ya que la conmutación en el estado alto se produce cuando la tensión de entrada supera el valor intermedio y se acerca a VDD, y la conmutación hacia el estado bajo se produce cuando la tensión desciende también del estado intermedio y se acerca a VSS o masa.
La tensión positiva que define el estado alto se conoce como VT+ y la tensión negativa que define el estado bajo como VT-. La diferencia de tensión entre una y otra es la denominada tensión de histéresis (VH). En la figura 7 vemos los datos en resumen del integrado CD4093 de NATIONAL.
Se trata de cuatro compuertas nand de dos entradas con disparador schmtt. Podemos apreciar que es compatible pin a pin con el integrado CD4011 que también contiene cuatro compuertas nand.
Los símbolos que representan un disparador schmtt en cualquier circuito expresan la tensión de histéresis VH configurada por las dos rayitas que significan VT+ y VT-.
La ventaja principal de este integrado (4093) sobre su similar 4011, reside en su alta inmunidad al ruido, otorgada por los parámetros de histéresis, ya que cualquier señal espúrea que no supere los umbrales de VT+ ó VT- no producirá ningún cambio en su salida.
En la siguiente imagen observamos una señal digital que llega a una de las entradas que incluye un alto nivel de ruido que incluso llega a deformar su cuadratura, sin embargo la salida entrega una forma de onda perfectamente rectangular con flancos bien definidos
Diagrama de conexión y Tabla de Verdad
Circuito Integrado NE555
El circuito integrado 555 es uno de los integrados mas utilizados en el mundo de la electrónica por su bajo costo y su gran fiabilidad y es capaz de producir pulsos de temporización (modo monoestable) muy precisos y que también puede ser usado como oscilador (modo astable). Fue desarrollado y construido en el año 1971 por la empresa Signetics con el nombre: SE555/NE555 y se lo llamó: "The IC Time Machine" ("Circuito integrado la máquina del tiempo")
Según quien sea lo fabrique lo podemos encontrar marcado con una designación tal como LM555, NE555, LC555, MC1455, MC1555, SE555, CA555, XR-555, RC555, RM555, SN72555.
Circuito Integrado L7805CV
78xx es la denominación de una popular familia de reguladores de tensión
positiva. Es un componente común en muchas fuentes de alimentación. Tienen tres terminales (voltaje de entrada, masa y voltaje de salida) y especificaciones similares que sólo difieren en la tensión de salida suministrada o en la intensidad. La intensidad máxima depende del código intercalado tras los dos primeros dígitos.
El 7805 entrega 5V de corriente continua. El encapsulado en el que usualmente se lo utiliza es el TO220, aunque también se lo encuentra en encapsulados pequeños de montaje superficial y en encapsulados grandes y metálicos como el TO3.
La tensión de alimentación debe ser un poco más de 2 voltios superior a la tensión que entrega el regulador y menor a 35V. Usualmente, el modelo estándar (TO220) soporta corrientes de hasta 1 A aunque hay diversos modelos en el mercado con corrientes que van desde los 0,1A. El dispositivo posee como protección un limitador de corriente por cortocircuito, y además, otro limitador por temperatura que puede reducir el nivel de corriente. Estos integrados son fabricados por numerosas compañías, entre las que se encuentran National Semiconductor, Fairchild Semiconductor y ST Microelectronics.
Receptor Infrarrojo TSOP1738
Los receptores de infrarrojos codificados integran en un chip el elemento sensible al infrarrojo, una lente, un filtro de espectro y toda la lógica necesaria para distinguir señales moduladas a una determinada frecuencia.
El receptor está disponible en una cápsula similar a los transistores TIP y, como los transistores, también tiene tres patas. Algunos modelos tienen una cápsula con cobertura metálica. La conexión es muy simple: una de las patas es la alimentación de 5V, la otra la señal de salida y la tercera es el común o tierra.
