martes, 7 de abril de 2015

Circuitos sencillos (II)




Terminaba el anterior artículo ( Circuitos sencillos (I) ) con el esquema de un circuito que puede asociar el manejo de un desvío, mediante pulsadores momentáneos, con una acción permanente, que normalmente será encender leds en un cuadro para marcar la posición del desvío, aunque también puede hacerse algo muy similar.si lo que queremos es que un semáforo cambie la indicación de sus luces en función de la posición del desvío.

Como ya vimos, curiosamente, en vez de partir de un circuito para mover el desvío, y añadir algo para manejar los leds, lo que hacíamos es partir del circuito para manejar los leds y añadir lo necesario para mover un desvío. Es decir partimos de un circuito latch 4043 manejado mediante pulsadores, y que como ya vimos deja alternativamente encendidos uno de dos leds conectados a sus salidas, y le añadimos un circuito "de potencia" capaz de mandar un impulso de suficiente intensidad a un desvío.

Quedaba una cuestión que ya fué esbozada, y me refiero a la posibilidad de mantener el latch 4043 alimentado permanentemente por una pila, de modo que al apagar el sistema, no se perdiese la posición de la señalización, de modo que al volver a conectar la alimentación, los leds indicadores de la posición de los desvíos indiquen la posición que tenían cuando se apagó. El 4043 es especialmente adecuado para eso, porque al ser un CMOS su consumo es del orden de 1 microamperio. Pero claro, si esa pila mantiene encendidos los leds, éstos tienen un consumo mucho mayor, del orden de 10 mA.  (parece poco pero es 10000 veces mayor que el del CMOS) con lo que el sistema de la pila deja de ser práctico.

Por otra parte, he publicado recientemente otro artículo (CDU) en el que se habla de las ventajas de mover los desvíos con descargas generadas por un gran condensador.  En el vídeo de ese artículo se veía una pareja de desvíos con motores PECO PL-10 que funcionaban perfectamente con esta CDU que allí se describía. El tema es que al analizar como funciona esa CDU, veíamos que se producen fuertes intensidades de corriente, aunque de muy corta duración. La pregunta es: Si yo hago un circuito para mover desvíos y para tener señalización mediante leds,  ¿lo podré utilizar con una CDU, o esos fuertes impulsos quemarán el circuito de potencia que mueve los desvíos? Yo sospechaba que si, porque en unas pruebas anteriores lo había hecho funcionar sin problemas, pero el circuito de control era distinto. Al fin y al cabo, casi todos los elementos electrónicos se estropean por calentamiento, y esto requiere una sobrecarga de una determinada duración. Un impulso muy fuerte pero de décimas de segundo es mucho mejor soportado que una intensidad menor prolongada en el tiempo. Y claro como la CDU dá precisamente un impulso muy corto, no llega a producirse el calentamiento peligroso. O sea que la CDU no solo protege al desvío frente al calentamiento, sino también, por la misma causa protege al circuito de mando.

Puesto todo esto junto, me ha llevado a hacer una prueba que me ha parecido muy interesante. He diseñado un circuito según el esquema siguiente:


Como podemos ver el 4043 está conectado a los dos pulsadores P1 y P2 de la forma que ya vimos en Circuitos sencillos I ya que cada pulsador activa un canal y desactiva el otro. En consecuencia se encienden y apagan los dos leds. D1 y D2.

El ULN2804 es el circuito "de potencia" que nos va a permitir manejar el desvío. Ya comenté que cada canal de este circuito soporta 500 mA. Aquí he cogido los dos primeros para la primera bobina del desvío y los dos segundos para la segunda bobina. La teoría es que de esta forma puedo llevar 1 A a cada bobina, pero eso es por tiempo indefinido. Como aquí se trata de desvíos y además lo vamos a alimentar todo con una CDU se trata de ver si con esta disposición nos vale para cualquier desvío.

Como decía la alimentación procede de una CDU, en este caso la anteriormente reseñada. Los puntos marcados como CDU van a la salida positiva de la CDU (aquí si hay que tener en cuenta cuál es el positivo) Por supuesto la salida negativa de la CDU se une a la masa de este circuito.

A la izquierda vemos indicada la pila de 9 V indicada como BAT1. Su terminal negativo va a la tierra y el positivo a los pulsadores, al "Enable" (pin 5) del 4043 y al terminal de alimentación (pin 16) de 4043

Con esto, el 4043 funciona permanentemente mientras la pila mantenga tensión suficiente. He medido el consumo en estas condiciones y ha resultado ser de casi exactamente un microamperio.

Para los leds necesito una alimentación de 9V, igual que la pila ya que las salidas Q0 y Q1 van a oscilar entre 0 Voltios y el valor de la alimentación del circuito, o sea el valor de la pila. Pero si los conecto a la pila ésta se descargaría bastante rápidamente. Asi que lo que he hecho es tomar la tensión de la CDU y llevarla a través de un diodo D3 al regulador de tensión 7809 (U3) que me saca los 9 Voltios que necesito.

Asi que para los leds estoy tomando tensión de la CDU, pero he puesto el diodo y el condensador C1 para estabilizar un poco la corriente, tratando de evitar que los leds fluctúen con las cargas y descargas de la CDU. Para evitar totalmente las fluctuaciones C1 debería ser mucho mayor (2200 uF) pero eso encarece y complica mucho el montaje.

Una cosa: las resistencias R1 y R2 las he puesto de 10 K. Esto es mucho, lo adecuado sería 1 K, pero he querido que los leds den muy poca luz. Se trata de una señalización, no de iluminar el cuadro de control.

Si alguien piensa que no le importa que se pierda la posición al apagar la maqueta, puede suprimir la pila y conectar el terminal BATT al pin 3 del 7809, Con eso el circuito entero funciona a 9 V alimentado desde la CDU a traves del regulador 7809

Creo que queda claro que la pila de 9 V utilizada sería única para todos los circuitos de desvíos que tengamos, y por supuesto la CDU también es única, de manera que el sistema resulta bastante más económico que por ejemplo un relé biestable que es la alternativa para conseguir señalización por leds con cualquier tipo de desvío. Hay que tener en cuenta que, tal como se ve en el esquema los dos circuitos integrados están usados sólo en la mitad de sus pines, o sea que con esos dos circuitos tenemos para dos desvíos. En cuanto al regulador de tensión es también válido para los dos desvíos.

Concretamente un 4011 vale 0,35 €, un ULN2804 vale 0,76 € y un 7809 vale 0,36 € es decir 1,47€ en total, lo que da 0,73 € por desvío frente los aproximadamente 3 € que vale un relé biestable, Claro que se necesitan más elementos, como una placa de montaje, conectores, leds, etc pero eso tanto con circuitos como con el relé, asi que esta opción es claramente más barata

Bueno, pues el paso siguiente ha sido montar este circuito en una protoboard. La imagen de la cabecera de este artículo muestra el aspecto del circuito montado.

Aparte de la placa con el circuito, vemos a la izquierda, la pila de 9 Voltios, en la parte superior la CDU que construí en un artículo anterior, y al derecha la placa de desvíos con los motores PECO PL-10 que ya he utilizado en otras ocasiones.

Una pequeña prueba grabada en video:



La prueba no es muy espectacular, porque lo único que vemos es moverse el desvío y cambiar las luces. Sin embargo lo interesante es comprobar que este circuito funciona perfectamente con una CDU. Por supuesto el movimiento de los desvíos sigue siendo rápido, potente y silencioso, y por otro lado el ULN2809 soporta los repetidos impulsos de corriente que vemos en el vídeo sin inmutarse.

A mi me parece que esta solución es muy interesante porque tenemos todas las ventajas de la CDU, con su movimiento potente, y por otro lado obtenemos directamente la señalización mediante leds, y además, algo importante, los pulsadores están manejando corriente de microamperios con lo que pueden se sustituídos por interruptores Reed sin ningún problema, y de hecho, un único Reed puede accionar varios circuitos en paralelo para mover varios desvíos. Sin embargo si queremos usar sensores Hall no podemos usar este circuito, pero para ese caso veremos pronto una solución.

Otro tema interesante es que como se ve en el vídeo, en un momento dado se pasa de manejar un desvío PECO PL-10 a un desvío Märklin de escala Z Es decir, probablemente el motor más potente y el menos potente que nos podemos encontrar entre ambas escalas.  Lo sorprendente del caso es que para pasar de uno a otro, simplemente he desconectado un desvío y he conectado el otro, sin cambiar nada. El otro día me decía un amable comunicante que se había sorprendido de que yo dijese que se podía conectar un desvío de escala Z a una CDU que da más de 20 Voltios, cuando la nominal de los desvíos de escala Z son 10 Voltios. La prueba la tenemos en el video: Funciona perfectamente, con un movimiento más potente que el habitual, pero tampoco exageradamente fuerte que pudiera hacer pensar que se puede averiar por esfuerzos mecánicos superiores a los previstos. De hecho, para ser sinceros, habría que decir que estos desvíos de escala Z parece que necesitan todavía más corriente.

En definitiva, en mi opinión, este circuito puede manejar cualquier desvío de escala N o Z con potencia y seguridad, proporcionando al mismo tiempo leds de señalización y permitiendo el mando con muy bajas intensidades.

En un próximo atículo, tengo la intención de mostrar cómo se puede construir de forma artesanal este circuito.

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