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USO DEL MULTÍMETRO Y DEL OSCILOSCOPIO EN EL AUTOMÓVIL:
SUMARIO
SUMARIO
CAPÍTULO 1 - USO DEL MULTÍMETRO EN EL AUTOMÓVIL . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
Comprobación de Componentes del Automóvil con el Osciloscopio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Selección de las Magnitudes y Escalas o Rangos . .5
CAPÍTULO 3 - MONTAJE DE UN OSCILOSCOPIO DE USO AUTOMOTRIZ . . . .33
Continuidad, Prueba de Diodos y Resistencias . .5
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
Cómo Medir Tensión en DC . . . . . . . . . . . . . . . . .7
SoundCard Scope V 1.30 . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
Cómo Medir Corriente en DC . . . . . . . . . . . . . . . .7
Cómo Usar Nuestro Osciloscopio . . . . . . . . . . . .40
Sobre el Multímetro Digital . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
Medición de Capacidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
Conclusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Medición de Otras Magnitudes . . . . . . . . . . . . . . .9 Empleo del Multímetro en el Automóvil . . . . . . . . .9 Cómo Medir Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Comprobación de la Resistencia y Continuidad . . .10 Comprobación de Diodos . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
CAPÍTULO 4 - PROYECTOS DE ALARMA Y SEGURIDAD PARA EL AUTO . . . . . . . . . . . .45 Dispositivo Antirrobo Tritemporizado . . . . . . . . . .46
Pruebas con el multímetro Sobre el
Alarma para Auto con 555 . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
Circuito Eléctrico del Automóvil . . . . . . . . . . . . .12
Alarma CMOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
Comprobación de señal con Punta de
Alarma Transistorizada NC . . . . . . . . . . . . . . . . .53
Prueba Digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Alarma con Tiristor NC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54 Alarma Temporizada NA . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
CAPÍTULO 2 - USO DEL OSCILOSCOPIO EN EL AUTOMÓVIL . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Central de Alarma y Alarma para Automóvil . . . .56
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
Detector de Rotura de Vidrios . . . . . . . . . . . . . . .62
Detector de Proximidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
Tipos de Osciloscopios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 Osciloscopio de Laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . .16 Osciloscopio Digital Portátil de Automoción . . . .16 Osciloscopio integrado en PC . . . . . . . . . . . . . . .16 Resumen de Controles y Ajuste del Osciloscopio . .17 Aplicaciones de los Osciloscopios en Automoción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 Tipos de Señales Más Comunes en el Automóvil18
CAPÍTULO 5 - INVERSOR DE 12VCC A 110V/220V, 50HZ/60HZ . . . . . . . . . . .65 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65 Principio de Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . .66 Esquema Eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68 Montaje del Inversor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
Forma de Onda de los Códigos de Avería . . . . .25
Montaje del Transformador T1 . . . . . . . . . . . . . .76
Interpretación de las formas de onda . . . . . . . . .26
Montaje de las Aletas Disipadoras,
Interpretación de la Tensión en un Oscilograma . . .27
MOSFet, NTC e Impedancias . . . . . . . . . . . . . . .77
Interpretación de la Frecuencia
Montaje en el Gabinete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
en un Oscilograma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27
Costo del Proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80
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Editorial
Director Ing. Horacio D. Vallejo
Editorial
Producción José María Nieves (Grupo Quark SRL) Selección y Coordinación: Ing. Horacio Daniel Vallejo EDITORIAL QUARK S.R.L. Propietaria de los derechos en castellano de la publicación mensual SABER ELECTRÓNICA - San Ricardo 2072 (1273) - Capital Federal - Buenos Aires - Argentina - T.E. 4301-8804 Administración y Negocios Teresa C. Jara (Grupo Quark SRL) Patricia Rivero Rivero (SISA SA de CV) Margarita Rivero Rivero (SISA SA de CV) Staff Liliana Teresa Vallejo Mariela Vallejo Diego Vallejo Luis Alberto Castro Regalado (SISA SA de CV) José Luis Paredes Flores (SISA SA de CV) Sistemas: Paula Mariana Vidal Red y Computadoras: Raúl Romero Video y Animaciones: Fernando Fernández Legales: Fernando Flores Contaduría: Fernando Ducach Técnica y Desarrollo de Prototipos: Alfredo Armando Flores Atención al Cliente Alejandro Vallejo
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Del Editor al Lector
Este es el quinto tomo de la colección Club Saber Electrónica dedicado a la Electrónica del Automóvil. Ya hemos explicado el funcionamiento, medición y reparación del alternador, motor de arranque, sistema eléctrico y principios de la inyección electrónica, (tomo 1), qué es OBD II y que son los códigos de error (tomo 2), cómo se usa un escáner OBD II, cómo construir su propia interfaz multimarca y multiprotocolo y qué programas tienen disponibles los socios del Club Saber Electrónica para su descarga gratuita (tomo 3). El tomo 4 está dedicado a describir los distintos sensores y actuadores y a explicar el funcionamiento y diagnóstico de la computadora de a bordo (ECU). Este libro pretende explicar a los técnicos automotrices el manejo del multímetro y del osciloscopio, así como la medición de los distintos componentes que integran el sistema eléctrico y electrónico de un vehículo. Incluye la descripción y montaje de un osciloscopio de uso automotriz, diferentes sistemas de alarma y seguridad y de un inversor para que tenga tensión de línea a partir de la batería del coche. El texto se complementa con 2 CDs multimedia con excelente información y completa bibliografía. Sólo resta comentar que el próximo tomo que dedicaremos a la electrónica del auto será sobre inyección electrónica y estará disponible luego de 3 meses de la publicación de esta obra. ¡Hasta el mes próximo!
SOBRE LOS 2 CDS Y SU DESCARGA Ud. podrá descargar de nuestra web 2 CDs: “Multímetro y Osciloscopio en el Automóvil” que contienen Cursos, Videos, Tutoriales, Guías de Reparación y Proyectos, etc. Todos los CDs son productos multimedia completos con un costo de mercado equivalente a 8 dólares americanos cada uno y Ud. los puede descargar GRATIS con su número de serie por ser comprador de este libro. Para realizar la descarga deberá ingresar a nuestra web: www.webelectronica.com.mx, tendrá que hacer clic en el ícono password e ingresar la clave “multiosc84”. Tenga este texto cerca suyo ya que se le hará una pregunta aleatoria sobre el contenido para que pueda iniciar la descarga.
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CAPÍTULO 1
USO
DEL MULTÍMETRO EN EL AUTOMÓVIL
El multímetro es una herramienta de prueba y de diagnóstico invalorable para los técnicos electricistas, técnicos en mantenimiento automotriz, aire acondicionado y refrigeración así como otros profesionales que desean usar este instrumento en sus respectivas áreas (como es el caso de la electricidad del automóvil) y expertos en múltiples disciplinas. Es una necesidad de este trabajo de investigación en dar a conocer ciertos aspectos importantes que deben de tenerse en cuenta al hacer mediciones con el multímetro, daremos al final las aplicaciones en el automóvil así como las pruebas respectivas tanto en el alternador, en el motor de arranque , pruebas de otros elementos en el automóvil. El mecánico dedicado a tareas de electricidad y electrónica en el auto debe conocer bien las leyes eléctricas que gobiernan a los aparatos eléctricos del automóvil, como en anteriores trabajos de investigación se darán estos conceptos a modo de recuerdo.
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Capítulo 1 INTRODUCCIÓN En un automóvil se efectúan muchos procesos de trabajo mediante maquinas eléctricas, estos pueden ser generadores o alternadores. Es por ello que será necesario conocer a fondo tanto en la estructura como de su funcionamiento para hacer reparaciones. Para comenzar, y teniendo en cuenta que este libro puede ser leído por personas que no son “afines” a la electrónica, daremos algunos conceptos básicos: CORRIENTE ALTERNA.- Es aquella que cambia de polaridad en función del tiempo. Una característica de esta en motores y alternadores es que es de forma sinusoidal (adquiere la forma de la función seno). CORRIENTE CONTINUA.- Es la que nos entrega, por ejemplo, una batería y es la que tiene polaridad positiva en un cable y negativa en el otro. La rectificación de la corriente alterna da como resultado una corriente continua pulsante pero siempre un cable es positivo respecto del otro, por eso se denomina continua pulsante o continua variable. LEY DE OHM.- Estable la relación entre la corriente, la resistencia y la tensión. Esta ley establece que: “La intensidad es directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia que se opone a ésta”. CORRIENTE ELECTRICA.- Es el flujo de electrones a través de un conductor que es generalmente de cobre. SEMICONDUCTOR.- Son materiales cuya conductividad depende del modo en que se los polariza, a veces son conductores y otras veces son aislantes, es el caso de los diodos o los transistores. Para medir la tensión y la resistencia de los componentes del automóvil, se recomienda un multímetro de alta impedancia (10kΩ -Ohm/V) que incluya una escala de tensión de 0-20V y una escala de resistencias con rango bajo (0-200Ω) y alto (0-20kΩ). Los medidores analógicos (con barrido de aguja a través de una escala numérica), debido a la lectura continua, son útiles para ciertas aplicaciones, como el recuento de las deflexiones de aguja para identificar los códigos de avería de determinados modelos y la
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identificación de fallos intermitentes; pero para el taller es recomendable utilizar un medidor digital, ya que es más fácil de utilizar, más resistente y más difícil de dañar si se utiliza incorrectamente. Los multímetros digitales (con pantalla LED o LCD) están disponibles en una gran variedad. Además de los medidores básicos, y para fines generales con escalas de tensión (CC/CA), resistencia y corriente, también se incorporan características adicionales como temperatura, coeficiente de utilización, régimen de motor, etc. en medidores de prueba específicos para aplicaciones automovilísticas. En la figura 1 podemos apreciar el aspecto que posee un multímetro o téster digital sencillo que posee las siguientes referencias: 1- Display de cristal líquido. 2- Escala o rango para medir resistencia. 3- Llave selectora de medición. 4- Escala o rango para medir tensión en continua (puede indicarse DC en vez de una linea continua y otra punteada). 5- Escala o rango para medir tensión en alterna (puede indicarse AC en vez de la linea ondeada). 6- Borne o “jack” de conexión para la punta roja ,cuando se quiere medir tensión, resistencia y frecuencia (si tuviera), tanto en corriente alterna como en continua. 7- Borne de conexión o “jack” negativo para la punta negra. 8- Borne de conexión o “jack” para poner la punta roja si se va a medir mA (miliamperes), tanto en alterna como en continua. 9- Borne de conexión o “jack” para la punta roja cuando se elija el rango de 20A máximo, tanto en alterna como en continua. 10- Escala o rango para medir corriente en alterna (puede venir indicado AC en lugar de la linea ondeada). 11- Escala o rango para medir corriente en continua (puede venir DC en lugar de una linea continua y otra punteada). 12- Zócalo de conexión para medir capacitores o condensadores. 13- Botón de encendido y apagado. Como mencionamos, la corriente alterna o AC (por Alternal Corrent) es aquella que se produce mediante generadores electromagnéticos, de tal forma que en el caso de México, fluye cambiando el polo positivo (polo vivo) a negativo (polo neutro), 60
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Uso del Multímetro en el Automóvil
Figura 1 - Partes principales de un multímetro digital. Si bien existen instrumentos para uso automotor, para la mayoría de las pruebas basta con tener un instrumento sencillo para electrónica.
veces por segundo. Por esto la corriente domiciliaria se dice que tiene un voltaje de 110 V a una frecuencia de 60 HZ (Hertz), en otros países como Argentina, por ejemplo, la corriente eléctrica domiciliaria es de 220V y 50Hz. La razón para que la tensión en el uso domiciliario sea alterna, es que resulta menos costosa que la continua, ya que se la puede suministrar más directamente desde la usina, sin rectificarla a corriente continua, además es menos peligrosa ya que al tener sucesivos pasos por 0V es menos perjudicial frente a un choque eléctrico. Las baterías y pilas proveen una corriente continua o DC (por Direct Current), es decir que en todo instante la corriente fluye de positivo a negativo. Para el caso del automóviles es más simple proveerse de un alternador o generador que rectifica la corriente alterna en continua mediante los diodos rectificadores que posee en su interior.
lidad que existan otros con posibilidad de medir más magnitudes. Con un téster o multímetro digital podemos tener una lectura directa de la magnitud que se quiere medir (salvo error por la precisión que el fabricante expresa en su manual de uso). En cambio con el téster analógico (o de aguja), tenemos que comparar la posición de la aguja con respecto a la escala, lo cual trae aparejado dos errores, como el de apreciación (que depende del ojo o buena vista del operario) y el error de paralaje (por la desviación de la vista) que muchas veces no respeta la dirección perpendicular a la escala. A todo esto debemos sumarle el error de precisión del propio instrumento, lo cual hace evidente que resulta mucho más ventajoso la lectura de un téster digital.
SELECCIÓN DE LAS MAGNITUDES Y ESCALAS O RANGOS SOBRE EL MULTÍMETRO DIGITAL Es muy importante leer el manual de operación de cada multímetro en particular, pues en él, el fabricante fija los valores máximos de corriente y tensión que puede soportar y el modo más seguro de manejo, tanto para evitar el deterioro del instrumento como para evitar accidentes al operario. El multímetro que se da como ejemplo en esta explicación, es genérico, es decir que no se trata de una marca en particular, por lo tanto existe la posibi-
Continuidad, Prueba de Diodos y Resistencias: Tenga en cuenta que para utilizar el multímetro en esta escala, el componente a medir no debe recibir corriente del circuito al cual pertenece y debe encontrarse desconectado. En la figura 2 podemos ver un ejemplo de uso del multímetro para la medición de resistencia, donde se obtiene una indicación de 0,5Ω aproximadamente. En la figura 3 se puede observar la medición de una resistencia de 680Ω y en el display se puede leer 0,672kΩ (debido a la tolerancia
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Capítulo 1 del componente no se miden 680Ω exactos). Tal cual como está posicionada la llave selectora en el multímetro de la figura 4, nos indica que podemos medir continuidad mediante el sonar de un timbre o “buzzer”, por ejemplo cuando en un conjunto de cables se busca con las puntas de prueba un extremo y el correspondiente desde el otro lado. Se activa un zumbido si la resistencia es menor de 30Ω (aproximadamente). Si la resistencia es despreciable (como debería ocurrir en un conductor), no solo sonará el buzzer sino que además el displey indicará 000. Por esto, cuando se prueban diodos, en un sentido (el inverso a su polaridad), indica el número “1” a la izquierda del display u “OL” (fuera de escala). Esto significa que está bloqueando la corriente (con una resistencia muy elevada) y por lo tanto se debe a que el diodo está en inversa. En cambio en la polaridad correcta, cambiando la posición de las puntas de prueba en el diodo, el display indica algunos milivolt que dependen del tipo de diodo que se está probando, ya que si bien el diodo conduce conectando las puntas en la polaridad
correcta, lo hace con resistencia apreciable. El instrumento fija una corriente de prueba de 1mA. Cuando buscamos un valor de la resistencia al realiziar una medición, tenemos para elegir escalas o rangos que determinan el valor máximo que se puede medir en dicho rango. En la figura 5, por ejemplo, podemos elegir entre : 200 Ohm, 2kΩ (2 kiloOhm o 2000 Ohm), 20kΩ (20000 Ohm), 200kΩ (200000 Ohm) y 2M (2 MegaOhm o 2 millones de Ohm) y en algunos téster, hasta 20MΩ. Si el valor a medir supera el máximo de la escala elegida, el display indicará “1” u “OL” a su izquierda.
Figura 2 - El téster o multímetro se emplea en el auto para probar la continuidad de los cables, detectar cortocircuitos, etc.
Figura 4 - En la posición “buzzer”, cuando se mide un corto, el instrumento emite un sonido.
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Figura 3 - Para medir resistencias hay que colocar la llave selectora en la posición correcta. En la parte derecha se observa la medida de una resistencia de 0,672Ω.
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Uso del Multímetro en el Automóvil
Figura 5 - Un multímetro digital tiene varias escalas o rangos para la medición de resistencias, con ésto se persigue tener mejor definición en una medición.
Figura 6 - Rangos de la llave selectora para medir tensión de corriente continua, note dónde se deben conectar las puntas de prueba.
Por lo tanto habrá que ir subiendo de rango hasta encontrar el rango correcto. Muchas veces se sabe de antemano cuánto debería medir la resistencia, por ejemplo, si es una bobina primaria de encendido, elegimos buzzer para comprobar su continuidad y luego para el valor de la resistencia pasamos a la escala de 200Ω. En cambio, para el bobinado secundario, usaremos la escala de 20kΩ.
puede medir es 200 milivolt (0,2V), el resto de las escalas se comprende tal cual están expresados por sus cifras. Por lo tanto para medir la tensión de la batería del automóvil debemos elegir la escala o rango de 20V (indicado simplemente con 20). Si se están midiendo caídas de tensión en terminales o conductores, podemos elegir una escala con un máximo más pequeño y así tener una lectura aproximada a la real. Si no se sabe cuál es la tensión que se va a medir, siempre hay que empezar por un rango alto, para ir bajando y así obtener mayor precisión. Cuando el valor a medir supere el máximo elegido, el display también indicará “1” u “OL” en el lado izquierdo.
Cómo Medir Tensión en DC: Sabemos que como voltímetro, el multímetro se conecta en paralelo con el componente a medir, de tal manera que el instrumento indique la diferencia de potencial entre las puntas. En la figura 6 se destacan los rangos de la llave selectora para medir tensión de corriente continua y en qué lugar se deben conectar las puntas de prueba. Donde indica 200m el máximo valor que se
Cómo Medir Corriente en DC: Para medir esta magnitud, hay que tener mucha precaución porque como amperímetro, el multímetro se conecta en serie, por lo tanto toda la corriente a
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Capítulo 1
Figura 7 - Observe el lugar de la escala en que se debe colocar la llave selectora del multímetro para medir corriente de corriente continua y dónde se conectan las puntas de prueba.
medir se conducirá por su interior, con el riesgo de quemarlo si la misma excede el máximo soportado por el aparato. En el manual de uso, el fabricante aconseja no solo el máximo de corriente que puede soportar sino además el tiempo en segundos (por ejemplo 15 segundos). En la figura 7 podemos observar el lugar de la escala en que se debe colocar la llave selectora del multímetro para medir corriente de corriente continua y dónde se conectan las puntas de prueba. Los rangos en el multímetro de ejemplo para esta medición son: 200µA (0,0002A ó 0,2mA), 2000µA (2mA ó 0,002A), 20mA (0,02A) y 200mA (0,2A). Note también el rango para la medición de 10A, debe tener en cuenta que hay una conexión especial para la punta de prueba color rojo cuando se quiere utilizar este rango. Nota: Cuando deba hacer las conexiones del multímetro para encendido convencional, electrónico e
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Figura 8 - Pinza amperométrica.
inyección electrónica, se utiliza el instrumento como voltímetro u óhmetro y la mayoría de las veces resulta suficiente para resolver el problema. Cuando sea necesario conocer la corriente, es mejor utilizar una pinza amperométrica, figura 8.
Medición de Capacidad : El multímetro que estuvimos usando hasta ahora como ejemplo no permite medir capacidad y en algunas ocasiones esta medida es necesaria para ciertos dispositivos presentes en el automóvil. En la figura 9 podemos ver un multímetro relativamente económico que puede medir capacidad y en la figura 1º un instrumento auto-rango de mejor calidad, cuya llave selectora está en la posición para medición de capacidad (capacitancia). CX quiere decir “capacidad por”. Para los automóviles con encendido por platinos los valores de capacidad pueden ir de 0,20µF a
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Uso del Multímetro en el Automóvil 0,28µF, por lo tanto es mejor medir en el rango de 2µF en el caso de usar un téster como el de la figura 9 (si emplea un multímetro como el de la figura 10, la selección del rango es automática). En un rango alto de capacidad puede demorar unos segundos en alcanzar la lectura final. Siempre los capacitores deben estar descargados, antes de conectar las puntas de prueba del instrumento. Cuando se trata de capacitores de papel de estaño (como el de los sistemas de platinos) no hace falta respetar polaridad de las puntas de prueba. Pero existen capacitores utilizados en electrónica, que tiene marcada la polaridad y en estos casos se debe tener en cuenta la polaridad.
Figura 9 - Multímetro de uso automotor que permite la medición de frecuencia y capacidad.
Medición de Otras Magnitudes: Hay multímetros genéricos que además miden frecuencia en kilohertz (kHz) y mediante un zócalo adicional (parecido al de capacitores) y una termocupla o conector especial, pueden medir temperatura en ºC. La frecuencia en kHz generalmente tiene un rango único de 20kHz (20000Hz), que para encendido e inyección electrónica es poco sensible o resulta una escala demasiado grande, pues necesitamos medir frecuencias que van desde 10Hz a 15Hz hasta 50Hz a 80Hz y 100Hz a 160Hz. Por lo tanto para mediciones precisas de frecuencia hay que adquirir multímetros especialmente diseñados para la electrónica del automóvil. La temperatura en ºC puede ser captada tocando con la termocupla el objeto a controlar y la rapidez con la cual registre el valor, a igual que su precisión, dependerá de la calidad de cada multímetro y de la termocupla en cuestión. La temperatura ambiente se obtiene sin conectar la termocupla ya que vienen con un sensor incorporado (dentro del instrumento) para tal fin.
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Figura 10 - Multímetro autorrango ajustado para medición de capacidad.
Cómo Medir Tensión Ponga el multímetro en la posición TENSIÓN (V). Si es necesario, ajuste la escala del multímetro al valor correcto (20V de corriente continua, por ejemplo). Conecte el cable de pruebas negro a un buen punto de masa del auto, o directamente al borne negativo de la batería. Observe las condiciones de la prueba, por ejemplo, contacto dado, contacto quitado etc.
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Capítulo 1 Conecte el cable de pruebas rojo al terminal positivo del elemento bajo prueba. Lea y grabe el valor mostrado. La medición de la bajada de tensión mediante cables y componentes puede ser una herramienta de diagnosis útil, ya que cualquier anomalía afectará al funcionamiento de el o los circuitos y componentes pertinentes. Los cables de conexión en el automóvil, por su largo, suelen tener una caída de tensión o diferencia de potencial que producen una “bajada de tensión” respecto al valor de la batería. La bajada máxima de tensión no debe superar los siguientes valores para cada caso: - Cable del conector del módulo de control del motor: 200mV - Interruptor o llave de arranque: 300mV - Conexión a masa: -100mV - Conexión a un sensor: -50 mV
Figura 11 - Medición de la tensión de una batería con el multímetro.
La figura 11 muestra cómo se mide la tensión de una batería de un auto mientras que en la figura 12 tenemos la forma de hacer la comprobación de la tensión de señal entre cables en el conector del mazo, con el conector “conectado y desconectado”.
Comprobación de la Resistencia y Continuidad Una alta resistencia en las conexiones a masa puede causar síntomas inusuales (y aparentemente ilógicos) que no parecen estar relacionados con los
componentes involucrados. La limpieza de las conexiones a masa debe ser exhaustiva y realizarse con un producto limpiador de contactos de marca registrada antes de proceder a la instalación. Las conexiones próximas a la batería son especialmente vulnerables a la corrosión. Es necesario comprobar los cables a masa en toda su extensión para asegurarse de que no presentan rozamiento, corrosión ni daños mecánicos. Un cable a masa normalmente tiene de 0 a 30 hilos y aunque siga existiendo conexión con sólo unos
Figura 12 - Medición de tensiones en conectores y masos de cables.
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Figura 13 - Medición de resistencia en conectores con el multímetro.
pocos intactos, la alta resistencia resultante causará problemas. Los conectores posiblemente defectuosos deben desmontarse (si es posible) y los terminales limpiarse e inspeccionarse exhaustivamente. Ponga el multímetro en la posición RESISTENCIA (ohm). Si es necesario, ajuste la escala del multímetro al valor correcto (si es auto-rango sólo coloque la llave selectora en posición para medición de resistencia). Conecte el cable de pruebas negro al cable de pruebas rojo del instrumento y compruebe que el multímetro indique CERO. Si no es así, existe una anomalía en el multímetro o en las punta de prueba. Desconecte el componente a medir de todo el cableado. Conecte el cable de pruebas negro del instrumento a un terminal del elemento bajo prueba.
Figura 14 - Un diodo en directa debe indicar algunos milivolt (depende del tipo de diodo).
Conecte el cable de pruebas rojo al otro terminal del componente bajo prueba. Lea y grabe el valor mostrado por el display del multímetro. Si el multímetro indica CERO (0), significa que hay continuidad. Si indica INFINITO, significa que hay circuito abierto en el componente. En la figura 13 se tiene una síntesis de la forma en que se debe conectar el multímetro para cada caso.
Comprobación de Diodos Ponga el multímetro en la posición RESISTENCIA o DIODO. Conecte el cable de pruebas rojo al terminal del ánodo del diodo. Conecte el cable de pruebas negativo al terminal del cátodo del diodo. El multímetro debe indicar continuidad o algunos milivolt (figura 14). Invierta los cables de prueba, el multímetro deberá indicar que NO hay continuidad o que la tensión es 0V (figura 15). Nota: si el multímetro indica continuidad en ambas pruebas, el diodo está en corto y si en ambas mediciones indica infinito, el componente está abierto..
Figura 15 - Un diodo en inversa se comporta como un circuito abierto.
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Capítulo 1 PRUEBAS CON EL MULTÍMETRO SOBRE EL CIRCUITO ELÉCTRICO DEL AUTOMÓVIL 1) Medición de Tensión en el Circuito Eléctrico Para realizar esta medida tenemos que tener el circuito conectado bien con la llave de contacto o simplemente con la conexión a batería, según la parte del circuito que se quiera comprobar. Debe poner el multímetro para la medición de tensión (V). Conecte el borne negativo (-) a masa y toque con la punta positiva roja del instrumento (+) en el punto del circuito donde se quiere saber el valor de tensión, hay que tener siempre las escala del multímetro en 20V (figura 16). 2) Medición de Continuidad Primero desconecte la batería, después prepare el multímetro para medir resistencia; junte entre si las puntas de pruebas del instrumento para comprobar que nos mide cero ohm, luego ponga las puntas de prueba entre los extremos de la parte del circuito que se desee comprobar y lea el valor de la resistencia. Un valor de cero ohm expresa continuidad del circuito y un valor infinito le dice que el circuito esta abierto (cable cortado), figura 17. 3) Comprobación de Caídas de Tensión Para esta comprobación el circuito debe de estar conectado a la fuente de tensión. Con el multímetro
Figura 16 - Medición de tensión en el circuito eléctrico del automóvil.
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preparado para la medición de tensión (V) toque con las puntas de prueba entre los dos puntos donde se desea conocer la caída de tensión, la punta de prueba del cable positivo (rojo) será la mas cercana a la fuente de alimentación. Esta medición se hace para comprobar los defectuosos contactos de las conexiones, figura 18. 4) Comprobación de un Cortocircuito Desconecte la carga del circuito y quite el fusible asociado al bloque circuital donde quiere comprobar la existencia de un cortocircuito. Prepare el multímetro para medir tensión (V) y conecte las puntas de prueba a los terminales del fusible, el terminal positivo (rojo) lo mas próximo a la fuente de alimentación. Si el multímetro indica medida de tensión, existe un cortocircuito a masa, cable pelado, desgastado o pellizcado. Se puede realizar la misma operación con el óhmetro, desconectando la batería del circuito, figura 19. 5) Comprobación de la Corriente Para medir la intensidad de corriente que pasa por un circuito, debe emplear una pinza amperométrica que le permitirá hacer una medición rápida y segura, además es de uso obligado cuando estemos comprobando intensidades grandes, como por ejemplo las que tenemos en el circuito de carga de la batería y arranque del motor, figura 20.
Figura 17 - Búsqueda de cortos y/o continuidad en el circuito eléctrico.
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Uso del Multímetro en el Automóvil
Figura 18 - Verificación de la caída de tensión en distintas partes del tendido eléctrico.
6) Pruebas del Conector del Módulo de Control del Motor Si no se dispone de una caja de pruebas ni de cables de adaptador adecuados, lleve a cabo las pruebas en el lado del cableado del conector del módulo de control del motor. Para acceder a los terminales, retire la tapa de protección del conector. Se pueden utilizar distintos tipos de conectores para el mazo de cables de ges-
Figura 19 - En forma análoga a lo mostrado en la figura 17, se pueden encontrar cortocircuitos.
tión del motor; se muestran en los ejemplos de la figura 21. Utilice el diagrama del lado del cableado del conector del módulo de control del motor correspondiente e identifique los terminales que se van a probar. Utilice sólo sondas de prueba de gran Pruebas en el lado del cableado del conector del mazo de cables
COMPROBACIÓN DE SEÑAL CON PUNTA DE PRUEBA DIGITAL
Figura 20 - La corriente en el motor de arranque debe ser medida con una pinza amperométrica.
Las Puntas de Prueba Digitales o “puntas lógicas” son comprobadores con LED que implican un método seguro de uso en los circuitos electrónicos ya que el consumo de corriente del instrumento no puede dañar los componentes electrónicos del automóvil. Son especialmente útiles a la hora de comprobar un impulso o una señal intermitente. La mayoría de estas puntas de prueba tienen forma de sonda que está unida al cuerpo del comprobador, con un cable de pruebas y una pinza para el otro terminal. Los comprobadores más sofisticados tienen varios LED de colores diferentes para indicar la polaridad. La figura 22 muestra la forma de probar la presencia de tensión en un conector con una punta lógica.
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Capítulo 1
Figura 21 - El módulo de control del motor también puede ser medido con un multímetro. En general debe checarse la presencia de tensión en los conectores del módulo.
ATENCIÓN: los comprobadores de circuito con bombilla incorporada no deben utilizarse en circuitos electrónicos ya que la alta corriente podría dañar los componentes sensibles. La figura 23 muestra el circuito de una punta lógica que se alimenta de la misma batería del automóvil, conectándose el terminal (-) a la masa y el terminal (+) al punto que se quiere medir. El funcionamiento es muy rudimentario y gira entorno a un transistor NPN que actúa como conmutador y tres compuertas inversoras. Hay solo tres posibles estados que puedan hacerse presentes en la punta (marcada como Pta.). Estado Bajo: En ese caso sobre la base del transistor no habrá tensión por lo que no conducirá y hará que en la entrada de la compuerta inferior (terminal 5) haya un estado lógico bajo, presentando esta compuerta el valor opuesto en su salida (estado alto). Esto impedirá que el LED brille de color rojo. Volviendo a la punta (cuyo estado estaba en bajo), la entrada de la compuerta superior izquierda (terminal 1) presentara también un estado lógico bajo, haciendo presente en su salida (terminal 2) un estado alto. Este estado hace que, a la salida de la segunda compuerta superior (terminal 4)
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haya un estado bajo, lo cual provocará que el LED bicolor brille de color verde, indicando un estado BAJO. Estado Alto: Si en la punta se presenta un estado TTL alto la base del transistor se polarizará y este componente entrará en conducción por lo que en la entrada de la compuerta inferior habrá un estado lógico alto, lo que provocará un estado bajo a su salida y hará que el LED ahora brille de Colorado. Como en la punta hay un estado alto, a Figura 22 - Las puntas lógicas suelen la salida de la primera comtener un LED que indica la presencia puerta superior habrá un estado de tensión en un punto del circuito bajo, haciendo que la salida de eléctrico del automóvil. la segunda compuerta sea alta. Esto impedirá que el LED verde ilumine. Estado de alta impedancia (sin conexión): Si, en cambio, dejamos la punta sin conectar a ningún lado la base del transistor no se polarizará, por lo que (siguiendo el caso de estado bajo) el LED rojo no brillará. Pero, como para las compuertas de lógica TTL un estado de alta impedancia o desconexión es visto como un estado ALTO, la salida de la compuerta superior izquierda será BAJA, por lo que la salida de la segunda compuerta será alta y tampoco brillará el LED verde. Esto hace que, cuando la punta esta sin Figura 23 - Punta lógica sencilla para uso conexión el LED no brille de ninautomotor. gún color. ☺
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CAPÍTULO 2
USO
DEL EN EL
OSCILOSCOPIO AUTOMÓVIL
En este capítulo se expondrá la importancia del buen conocimiento que debe tener el Técnico Electromecánico, así como el Técnico Superior de Automoción y el Técnico en el uso del osciloscopio como aparato de medición en el taller, de modo que con el mismo sea capaz de controlar una serie de señales eléctricas, incluso electrónicas, imposibles de controlar por medio del tester o multímetro. Se realizará una descripción general de un osciloscopio para uso automotor, así como una muestra de varios ejemplos reales de mediciones con el mismo, sobre un sistema de inyección diesel moderno. El objetivo que pretende el autor, sobre cuyo trabajo basamos esta entrega (Jesús Díaz Fonseca), es demostrar que el técnico debe saber manejar este tipo de aparatos de medida, cuando las señales a medir no pueden ser captadas con un multímetro. A su vez, le proponemos métodos sencillos para la verificación del estado de funcionamiento de algunos dispositivos del sistema electrónico del auto.
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Capítulo 2 INTRODUCCIÓN
electrónicas del automóvil, aunque en ocasiones puede ser de utilidad.
El osciloscopio es un equipo de medida capaz de visualizar en gráficas todas las mediciones eléctricas que se realizan con polímetro, además de otras que por la velocidad con la que cambian de valor no se pueden medir con el tester o multímetro. Existen osciloscopios de laboratorio que incluyen muchos controles y ajustes, algunos de los cuales no se utilizan en automoción, por lo que los más adecuados para el automóvil son los osciloscopios digitales portátiles, específicos de automoción, o también aquellos que se utilizan con el ordenador por medio de un software que se instala y de un interfaz o elemento que se coloca entre la computadora y el circuito a medir.
TIPOS DE OSCILOSCOPIOS
Osciloscopio Digital Portátil de Automoción Existen varias marcas de aparatos de diagnosis de automoción (diagnóstico en el automóvil) que ofrecen este tipo de osciloscopios, figura 2, los cuales son muy eficaces, ya que pueden trasladarse fácilmente y funcionan conectados a la batería del automóvil, por lo que se convierte en una herramienta de disposición rápida y muy útil para diagnosticar averías fuera del taller en vehículos inmovilizados en la carretera o bien realizar pruebas en el vehículo rodando en carretera. Osciloscopio integrado en PC Esta solución es de las más comunes en los talleres y consiste en un aparato que se conecta a modo de interfaz entre la computadora y el vehículo. Es necesario instalar el programa adecuado en la PC, y al utilizarlo, las gráficas se muestran en la pantalla de la
En general existen tres tipos de osciloscopios: Osciloscopio analógico de laboratorio. Osciloscopio digital portátil de automoción. Osciloscopio digital integrado en PC, pudiendo ser de 2 o 4 canales. Algunos muestran al menos 2 canales simultáneamente, lo cual es una ventaja a la hora de comparar señales que están relacionadas entre sí. Osciloscopio de Laboratorio Este tipo de osciloscopio (analógico), muy utilizado por técnicos de TV, radio y electrónicos en general, figura 1, no se utiliza en automoción, debido a la falta de respuesta en velocidad ante diferentes señales
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Figura 1 - Osciloscopio usado en el laboratorio de electrónica.
Figura 2 - Osciloscopios usados en el diagnóstico del automóvil.
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Uso del Osciloscopio en el Automóvil
Figura 3 - Osciloscopio TEXA utilizado en el diagnóstico automotor.
computadora. En la figura 3 podemos observar un osciloscopio marca TEXA, muy empleado en talleres automotrices, cuyo costo puede superar los 400 dólares americanos. Sin embargo, en esta misma edición, le propondremos el armado de un osciloscopio de bajo costo.
RESUMEN DE CONTROLES Y AJUSTE DEL OSCILOSCOPIO
osciloscopio TEXA con el detalle de sus principales controles mientras que la figura 5 representa la imagen en la PC del software Scope que usaremos para el osciloscopio que propondremos arma. Los principales ajustes son: * Ajuste vertical: Tendrá que ajustar el nivel de tensión de la señal para que no se vea muy pequeña ni que se salga de la pantalla; en concreto se escoge el valor de Volt / división, siendo la división cada cuadrícula en la que se divide la pantalla. * Ajuste horizontal: Tendrá que ajustar el valor del tiempo que dura un ciclo (periodo), de modo que cada ciclo ocupe, aproximadamente, una división, con lo
Un osciloscopio de uso automotor está diseñado para que sea capaz de analizar y comprobar los circuitos de carga, arranque, sistemas de encendido, y especialmente todos los sistemas electrónicos que actualmente incorporan los automóviles, estando muy indicado para la comprobación de señales digitales y alternas que generan los diversos y variados sensores del automóvil, así como las señales aplicadas por la ECU (computadora de abordo ó UCE) a los actuadores de los sistemas electrónicos. La visualización de una señal en un osciloscopio puede diferir bastante en función del ajuste que se efectúe en éste, de modo que dichos ajustes dependerán de la frecuencia y valor de tensión de una señal, para que ésta se vea en la proporción adecuada en la pantalla. Para explicar el funcionamiento y utilización del osciloscopio, se mostrará un osciloscopio digital diseñado especialmente para su utilización en el automóvil. En la Figura 4 - Los controles en la PC del osciloscopio TEXA. figura 4 podemos apreciar la imagen de un
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Capítulo 2 que en el ancho de pantalla veremos varios ciclos y tendremos una visión clara de la señal. Es lo que se llama Tiempo / división. * Ajuste de tensión alterna o continua: Aquí debe situar el selector correspondiente en alterna o continua dependiendo del tipo de señal a visualizar. Si quiere ver una señal continua pero variable, en el entorno de la señal variable, deberá “quitar” la componente continua (para que la señal no se salga de la pantalla y la porción variable se pueda visualizar) acoplando el osciloscopio en AC. * Ajuste del disparo o trigger: Es una función que permite sincronizar el comienzo de visualización de una señal Figura 5 - Los controles en la PC del osciloscopio que vamos a en un punto concreto de la pantalla, coinarmar en esta edición. cidiendo con un nivel de tensión y otro de tiempo ajustado previamente por el usuaque funcionan electrónicamente. En este artículo se rio; de este modo parecerá que la señal está congeexplicarán algunas de estas señales y los dispositivos lada, ésta no se moverá mucho y será fácil analizarla. que las generan o las utilizan, así como los ajustes * Ajuste de la línea de cero: Es la línea que realizados en el osciloscopio para su correcta visualisepara la parte positiva y negativa de la señal, cuando zación e interpretación. ésta sea alterna. Cuando le interese ver una señal continua con su nivel de tensión muy ampliado, tendrá que bajar la línea de cero; al visualizar una señal TIPOS DE SEÑALES MÁS COMUNES EN EL AUTOMÓVIL alterna, normalmente situará la línea de cero a mitad de pantalla, para que se vean bien las componentes Señales de Tensión Alterna positivas y negativas de la señal. Las señales alternas más comunes a controlar en el automóvil son las siguientes: APLICACIONES DE LOS OSCILOSCOPIOS AUTOMOCIÓN
EN
Las aplicaciones más comunes que han tenido los osciloscopios en automoción hasta hace algunos años eran las visualizaciones obtenidas de las tensiones del primario y secundario en el sistema de encendido de los motores de gasolina. Modernamente, los vehículos incorporan multitud de dispositivos electrónicos que, o bien generan señales digitales o alternas (sensores), o bien funcionan con las mismas (actuadores), ya sean con motores diesel como con gasolina, ya que existen una serie de sistemas no relacionados con el motor
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Figura 6 - Señal presente en los sensores inductivos.
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Figura 7 - Señal presente en el alternador.
Figura 8 - En azul se muestra la intensidad de carga del alternador.
* Señal de sensores inductivos: En este gráfico de la figura 6 se ve el tipo de señal alterna que generan estos sensores. En estos tipos de señales cada ciclo completo se realiza en un determinado tiempo o frecuencia. En general, los sensores inductivos no necesitan alimentación para generar esta señal. Las encontramos en elementos como sensores de revoluciones de motor, de ruedas (en el ABS), etc. Para visualizar en el osciloscopio este tipo de señales, tendremos que seleccionar la opción AC, además de los ajustes necesarios para la correcta visualización tanto en la escala vertical (Volt/Div) como en la horizontal (Tiempo/Div). * Señal de la componente alterna rectificada en el alternador: Aunque es una señal continua “rectificada”, se observa que mantiene una componente alterna, la cual se ve diferente según el distinto ajuste del osciloscopio. En la figura 7 podemos ver esta señal “ampliada” (sin la componente continua) gracias a los ajustes del osciloscopio. Fallas en el puente de diodos (rectificador) se podrían ver claramente ya que el resultado sería una señal alterna no rectificada. En la figura 8, en azul, se muestra el oscilograma de la intensidad de carga del alternador, por medio de una pinza amperimétrica.
Figura 9
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Capítulo 2
Figura 10 - Caudalímetro, acelerador y sonda lambda.
Figura 11 - Señales presentes en el caudalímetro en diferentes condiciones del motor.
Señales de Tensión Continua Constante Como si utilizásemos un multímetro, con el osciloscopio se pueden medir tensiones continuas. Si se trata de un equipo que emplea la placa de sonido de la PC (como el que mostramos en esta edición), se debe tener en cuenta que no se podrán medir tensiones continuas, a menos que se emplee algún arreglo circuital que permita “obviar” el capacitor de entrada de la placa de captura (de sonido). En la figura 9 podemos ver 2 señales continuas en un osciloscopio. Señales de Tensión Continua Variables Son señales que generan algunos sensores de los diferentes sistemas electrónicos y que informan a la UCE de ciertas situaciones y condiciones físicas, como pueden ser el caudalímetro de aire, el potenciómetro del acelerador o la sonda lambda en los sistemas de gestión de motor (figura 10), que informan de la cantidad de aire aspirado, la posición del pedal de acelerador o de la cantidad de oxígeno en los gases de escape, respectivamente. Estas señales son de corriente continua, pero su valor es variable, en función de la variación de los parámetros físicos o variables de las que informan. A
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los efectos prácticos, vea en la figura 11 las señales presentes en un caudalímetro en diferentes momentos del funcionamiento del motor. Vea en la figura 12 la señal presente en el potenciómetro de un acelerador. Un potenciómetro de acelerador no es más que una resistencia variable, con tres conexiones, a la que se le aplica una tensión (+ y -) entre dos de sus bornes y, en función de la posición que tome el acelerador ofrece un valor de tensión diferente a través de la tercera conexión o salida. Normalmente dan un valor cercano a 0,5V en ralentí para ir subiendo el valor hasta 4,75V aproximadamente, con el pedal totalmente pisado. Para medir el estado o comportamiento de un sensor de oxígeno o sensor lambda, debe colocar un multímetro digital en una escala que puede ser tanto en mV o V. En ella verá una variación de ciclos en valores de 0 a 1V (de 0mV a 1000mV), y debe cambiar 10 veces en 10 segundos, lo cual indicará que la proporción de mezcla está cambiando continuamente de pobre a rica, tratando de mantenerse alrededor de 500mV, o proporción estequiométrica.
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Si quiere medir en la escala mV deberá colocar el polímetro en mV. Esta variación es igual que la anterior, pero irá de 0 a 1000 mV. En el caso de querer visualizar la señal con un osciloscopio, se observará una señal continua cuyo valor irá oscilando entre los valores ya comentados y con una frecuencia aproximada de 1Hz., tal como se observa en la imagen de la figura 13.
Señales de onda cuadrada Este tipo de señal es continua, ya que no cambia de polaridad, pero variable en su nivel de tensión, pudiendo ser positiva o negativa, figura 14. Tienen un valor mínimo, que no tiene por qué ser 0V y uno máximo, que puede ser 5V, 12V, etc. Son generadas por diversos dispositivos para ofrecer informaciones de estados físicos del motor o del Figura 12
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Capítulo 2
Figura 13 - Tensión continua variable observada en el acelerador con un osciloscopio.
vehículo, como las revoluciones del motor, la velocidad del vehículo, la posición del árbol de levas o el distribuidor de encendido, etc. Otras veces son señales suministradas por unidades electrónicas de control aplicadas a diferentes actuadores para que estos realicen sus funciones, como son válvulas EGR, válvulas de pilotaje del turbo, presión de combustible, motores de ralentí, etc. Su frecuencia de trabajo viene dada por la duración de un ciclo. A veces se utilizan señales con frecuencia fija donde la mitad del tiempo la señal está al nivel alto y la otra mitad al nivel bajo. Otras veces, para identificar un punto concreto de un elemento se utilizan frecuencias variables, determinadas por una parte característica del sensor, como en la figura 15. Señales con modulación de impulsos En ocasiones se utiliza lo que se conoce como “relación cíclica de apertura (RCO)” o porcentaje Dwell, en la que la frecuencia es fija pero la duración del estado de nivel de tensión máximo y mínimo es variable. Hasta ahora se han estudiado dos tipos de corriente, la continua y la alterna, pero existe un tercer tipo que posee características de ambas: “los impulsos”. Las Unidades de Control Electrónico (ECU ó UCE) diseñadas para gobernar algunos actuadores, tales como electroválvulas, donde es necesario un perfecto control de la apertura y el cierre, funcionan generando impulsos de mando sobre el actuador. El control puede hacerse de dos modos: 1 Enviando impulsos de corriente continua y haciendo variar la frecuencia a la que se producen.
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Figura 14 - Señal de onda cuadrada presente en diversos elementos asociados con la ECU. Figura 15
2 Manteniendo la frecuencia constante, hacer variar la anchura del impulso; en ambos casos se consigue regular la corriente de mando sobre el actuador. En los impulsos se aprecian las siguientes características: 1 . Son de corriente continua, puesto que circulan siempre en el mismo sentido. 2 . Son intermitentes (igual que las ondas). 3 . Poseen cierta longitud (o duración) que es el ciclo (o periodo). 4 . Sólo una parte del impulso es “activo”. 5 . La relación en porcentaje entre la duración de la parte activa y la duración del periodo del impulso proporciona una exacta referencia de la energía que
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Uso del Osciloscopio en el Automóvil DWELL. Es el método que se emplea para el control de las electroválvulas de inyección o para el mando regulado de algunas válvulas de ralentí. Los actuadores reciben impulsos de mando con una tensión y frecuencia fija, y se hace variar la relación entre la anchura del impulso a nivel bajo (0V ó masa) y alto (12V), es decir se modifica la relación entre la señal cuando “trabaja” y “no trabaja”. El resultado final es que los dispositivos a controlar reciben una corriente perfectamente regulada y la unidad de control no se somete a los peligros de la excesiva disipación de energía, figura 16. Otros modos de llamar a esta particular forma de activar ciertos elementos eléctricos es: Modulación de impulsos Porcentaje Dwell Modulación de ancho de pulso (PWM) Figura 16 - impulsos eléctricos con ancho variable para control de procesos.
aplica el impulso. A esta relación se denomina factor de trabajo o DWELL de la señal.
Su utilización se explica con el siguiente ejemplo, en el que se describe el funcionamiento de un regulador de presión de alta de combustible de un sistema de inyección Diesel de alta presión (Common Rail).
* El regulador de presión de alta es una electroválvula que retiene el combustible que iría al retorno del depósito de combustible de modo que mientras más cantidad de combustible retorne menos presión habrá en la rampa de alta presión, y lo contrario, mientras menos cantidad de combustible retorne habrá mayor presión en rampa. * Si la válvula la activamos eléctricamente, la abrimos, de modo que retorna el combustible y baja la presión, pero inmediatamente tendríamos que volver a cerrarla porque si no la presión caería mucho, y así sucesivamente tendríamos que estar activando y desactivando eléctricamente la válvula para conseguir estabilizar la presión y poder aumentarla o disminuirla con Figura 17 - Funcionamiento de un regulador de presión “de alta” de combustible. precisión, figura 17.
Este último procedimiento de regulación, “impulsos a frecuencia fija y con variación de su anchura”, es el más habitual y se conoce como variación en la relación de ciclo de la señal o también variación del
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Capítulo 2 Hasta aquí lo que se ha conseguido es abrir o cerrar la electroválvula completamente, pero la forma adecuada de conseguir la regulación precisa de la presión es poder abrirla MÁS o MENOS, de modo que si abrimos más, baja más la presión y si abrimos menos, cae menos la presión. Este objetivo se consigue eléctricamente por medio de la relación cíclica de apertura (RCO), aplicando sobre los elementos a activar impulsos eléctricos en forma de onda cuadrada, con una frecuencia fija, pero con un tiempo de puesta a masa (activación eléctrica del elemento) variable. La relación que existe entre el tiempo que dura la activación o puesta a masa y el tiempo que dura un ciclo completo de la onda cuadrada nos da el valor (en porcentaje) de la relación cíclica de apertura o porcentaje Dwell, de modo que un porcentaje cercano al 100 % significa mucho tiempo de activación o puesta a masa, y por lo tanto electroválvula muy abierta; al contrario un porcentaje cercano al 0 % significa muy poco tiempo de puesta a masa y una apertura pequeña de la electroválvula. Este método de regulación, denominado como relación de ciclo, también se conoce de otros modos diferentes, tales como:
Figura 18
Regulación por ciclo de trabajo variable. Variación del factor de trabajo. PWM (Pulse Width Module) o modulación del ancho de pulso. Figura 19
Estas señales que hemos visto se visualizan con un osciloscopio (vea otra vez la figura 16), pero se puede determinar su valor por medio de un multímetro, midiendo su frecuencia (en el caso de una señal de onda cuadrada con frecuencia variable) o en posición de medición Dwell (en el caso de una señal de frecuencia fija con variación del impulso de activación. La figuras 18 muestran la activación del regulador de presión de combustible anteriormente explicado, con 17% de modulación de impulsos. Lo que indica el 17% es la porción de señal que está a un nivel bajo, es decir, el porcentaje de tiempo respecto al total de un ciclo que la electroválvula está puesta a masa. Igualmente la figuras 19 grafica el oscilograma de la variación en la activación por parte de la UCE de la
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electroválvula EGR. La válvula está al 80% de su apertura. A los fines prácticos, en las figuras 20 y 21 podemos observar algunos oscilogramas correspondientes a diferentes dispositivos presentes en el sistema electrónico del automóvil. Por último, hay que señalar que todas estas señales, tanto de frecuencia variable como con frecuencia fija con variación del ancho de impulso, son medibles (numéricamente) con multímetros que dispongan de las funciones de medición de frecuencia (Hz) y de porcentaje Dwell (%).
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Figura 20
FORMA DE ONDA DE LOS CÓDIGOS DE AVERÍA El técnico sabe que las señales de datos en serie se generan en el módulo de control del motor, si este dispone de la función de autodiagnosis y al verlas con un osciloscopio presentan una señal como la mostrada en la figura 22.
La observación del ancho del impulso, el patrón y la frecuencia permite contar los impulsos cortos en grupos e interpretarlos como un código de averías, en este caso el 1223. En general, la amplitud y la forma son constantes, el patrón se repite hasta que se haya borrado el código de avería.
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Figura 21
INTERPRETACIÓN DE LAS FORMAS DE ONDA Formas de onda típicas Los modelos de las formas de onda del osciloscopio pueden variar enormemente y dependen de muchos factores. Por lo tanto, antes de realizar una diagnosis o de
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cambiar un componente, se deben tener en cuenta los siguientes puntos cuando la forma de onda obtenida no parezca ser correcta en comparación con la forma de onda "típica". En la figura 23 se dibuja una forma de onda digital mientras que en la figura 24 podemos apreciar una forma de onda analógica.
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Uso del Osciloscopio en el Automóvil Figura 22
Figura 23
Figura 24
relación al valor de "rejilla nula", pero puede variar dependiendo del sistema bajo prueba (vea la figura 23 "forma de onda digital" [1]) y puede colocarse en cualquier posición dentro del "rango nulo" aproximado (vea la figura 23 "forma de onda digital" [2]). La amplitud o alto total de una señal (vea la figura 23 "forma de onda digital" [3] y la figura 24 "forma de onda analógica” [1] [2]) dependerá de la tensión de funcionamiento del circuito. Para circuitos de corriente continua (CC) dependerá de la tensión conmutada, por ejemplo la tensión del dispositivo de control de ralentí será constante y no variará al cambiar el régimen del motor. Para circuitos de corriente alterna (CA) dependerá de la velocidad del generador de la señal, por ejemplo, la tensión de salida del sensor de posición del cigüeñal de tipo inductivo aumentará al incrementar el régimen del motor. Por lo tanto, si el oscilograma es demasiado alto (o si falta la parte superior), aumente la escala de tensión para obtener la imagen gráfica requerida. Si queda demasiado bajo, disminuya la escala de tensión. Algunos componentes de circuitos de accionamiento por solenoide, por ejemplo, los dispositivos de control de ralentí pueden mostrar picos transitorios de tensión (vea la figura 23 "forma de onda digital" [4]) al apagar el circuito. Esta tensión es generada por el componente y normalmente puede ignorarse. Algunos circuitos que tienen un tipo de onda cuadrada como forma de onda típica pueden mostrar un debilitamiento gradual de la tensión al final del periodo de conmutación (vea la figura 23 "forma de onda digital" [5]). Se trata de una característica de algunos sistemas y puede ignorarse normalmente, ya que no indica ningún fallo en sí.
INTERPRETACIÓN DE LA FRECUENCIA EN UN OSCILOGRAMA
INTERPRETACIÓN DE LA TENSIÓN EN UN OSCILOGRAMA Las formas de onda típicas de las figuras 23 y 24 indican la posición aproximada de la forma de onda en
El ancho total del patrón (frecuencia) dependerá de la velocidad de funcionamiento del circuito. Las formas de onda típicas que se ilustran muestran la forma de onda vista con la escala de tiempo del osciloscopio, ajustada de forma que permita una observación detallada. En los circuitos de corriente continua (CC), la escala temporal dependerá de la velocidad a la que se conmuta el circuito (vea la figura 23 "forma de onda digital" [6]), por ejemplo, la frecuencia de un dispositivo de control de ralentí variará de acuerdo con la carga del motor.
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Capítulo 2 En circuitos de corriente alterna (CA) la escala temporal dependerá de la velocidad del generador de la señal (vea la figura 24 "forma de onda analógica" [3]), por ejemplo, la frecuencia de un sensor de posición del cigüeñal de tipo inductivo aumentará paralelamente al régimen del motor. Si el oscilograma aparece demasiado comprimido, disminuya la escala de tiempo para obtener la imagen requerida. Si es demasiado ancho, aumente la escala de tiempo. Si el oscilograma está invertido (vea la figura 24 "forma de onda analógica" [4]), indica que el sistema bajo prueba tiene el componente conectado en la polaridad opuesta a la forma de onda típica que se muestra, por lo que puede ignorarse, ya que no indica un fallo en sí.
COMPROBACIÓN DE COMPONENTES DEL AUTOMÓVIL CON EL OSCILOSCOPIO Con un osciloscopio se pueden mostrar formas de onda para una gran variedad de componentes. A continuación, se describen algunos de los más comunes. La mayoría de los osciloscopios modernos sólo llevan dos cables de prueba, que se pueden utilizar con una gran variedad de sondas intercambiables. El cable rojo es el positivo y normalmente es el que se conecta al terminal del módulo de control del motor. El cable negro es el negativo y normalmente está conectado a una buena masa (chasis del auto). Si los cables se conectan por error con la polaridad errónea, normalmente la única consecuencia es que la forma de onda aparecerá invertida. PRUEBA DE INYECTORES Todos los sistemas de inyección intermitente de control electrónico funcionan adaptando el tiempo de apertura de los inyectores a la cantidad de combustible suministrada en las distintas condiciones de funcionamiento del motor. La duración de los impulsos eléctricos del módulo de control del motor se mide en milisegundos (ms) y normalmente oscila entre 1 y 14. El osciloscopio de la mayoría de los comprobadores del motor se puede utilizar para mostrar el impulso del inyector, lo que permite medir la duración. Se muestra un oscilograma típico en la figura 25 ("forma de onda del inyector"). Pueden aparecer una serie de impulsos menores, que mantienen el inyector abierto tras el impulso nega-
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Figura 25
tivo inicial, y un pico transitorio de tensión positiva al cerrarse el inyector. Por lo tanto, es posible comprobar si la unidad de control funciona correctamente mediante la observación de los cambios producidos en los tiempos de apertura del inyector durante distintas condiciones de funcionamiento del motor. La duración del impulso durante el arranque y el ralentí frío será mayor que al ralentí caliente del motor, pero irá aumentando a medida que se incremente la carga del motor. Este efecto será especialmente evidente si pisa y se suelta el acelerador rápidamente varias veces seguidas. CÓMO MEDIR UN IMPULSO DEL INYECTOR Con una sonda fina, conecte la sonda de pruebas del osciloscopio al terminal del inyector del módulo de control del motor y una segunda sonda de pruebas a masa. Arranque el motor y compruebe la forma de onda. Ponga el motor en marcha y observe la forma de onda al ralentí. Abra la mariposa rápidamente para aumentar el régimen del motor a unas 3000 r.p.m. La medida de duración del impulso deberá aumentar durante la aceleración y después estabilizarse a un valor igual o ligeramente inferior al de ralentí. Cierre la mariposa rápidamente; el oscilograma deberá transformarse en una línea recta sin impulso, lo que indica que se ha cortado la inyección (para sistemas con corte de inyección al sobrepasar una velocidad límite). Al arrancar el motor en frío, aumenta la cantidad requerida de combustible por lo que la duración del
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impulso o tiempo de parada será mayor. Durante el calentamiento, el periodo de inyección debe disminuir progresivamente hasta que el motor alcance la temperatura normal de funcionamiento. Los sistemas que no incorporan un inyector de arranque en frío, normalmente producen impulsos de inyector adicionales durante el arranque en frío, quedando reflejados en el oscilograma en forma de impulsos largos y cortos. La tabla 1 muestra la duración típica de los periodos del inyector PRUEBA DE SENSORES INDUCTIVOS El procedimiento general es el siguiente: Seleccione el terminal del sensor de la tabla de datos de los terminales con la forma de onda de referencia. Conecte una sonda del osciloscopio al terminal del módulo de control del motor y la otra sonda a masa. Arranque el motor y observe las condiciones de la prueba. Compare el oscilograma con la forma de onda de referencia, figura 26. Aumente el régimen del motor y observe el aumento de la tensión en pantalla (amplitud). Tabla 1
VERIFICACIÓN DE LA VÁLVULA DE CONTROL DEL AIRE DE RALENTÍ Existen diferentes tipos de válvulas de control del aire de ralentí, cada uno con una forma de onda distinta. En cada caso, el coeficiente de utilización (o tiempo de funcionamiento) de la válvula debería aumentar cuando cualquier carga adicional del motor empiece a reducir el número de revoluciones al ralentí. Si varía el coeficiente de utilización, pero no se mantiene el régimen al ralentí bajo carga, existe una válvula defectuosa. Si la forma de onda muestra una línea recta alrededor de la marca cero, o si la línea es constante al nivel de 5V ó 12V, indica un fallo en el circuito de la válvula de control del aire de ralentí o en la señal de salida del módulo de control del motor. A continuación se describe el comúnmente utilizado motor paso a paso de 4 terminales. Las válvulas de control del aire de ralentí con dos y tres terminales se pueden probar de forma similar, pero obviamente, generarán formas de onda muy distintas. El motor paso a paso responde a una señal oscilante emitida desde el módulo de control del motor, lo que permite realizar pequeños ajustes en el número de revoluciones al ralentí, en respuesta a las variaciones de carga y temperatura de funcionamiento. Para comprobar esta señal de tensión, conecte la sonda de pruebas del osciloscopio a cada uno de los cuatro terminales del módulo de control del motor paso a paso, sucesivamente. Compruebe que el motor esté a la temperatura normal de funcionamiento. Arranque el motor y deje que se estabilice el régimen al ralentí. Aumente la carga del motor encendiendo los faros, el aire acondicionado o girando el volante (sólo vehículos con dirección asistida). El número de revoluciones al ralentí deberá descender momentáneamente para estabilizarse, posteriormente, por la actividad de la válvula de control del aire de ralentí. Compare el oscilograma con la forma de onda de la figura 27. PRUEBA DEL SENSOR DE OXÍGENO Conecte las sondas de prueba del osciloscopio entre el terminal del módulo de control del motor del sensor de oxígeno y masa. Compruebe que el motor esté a la temperatura normal de funcionamiento.
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Capítulo 2 Compare el oscilograma con la forma de onda de la figura 28. Si el oscilograma no muestra una forma de onda sino una línea recta, normalmente significa que la mezcla es pobre si la tensión es de 0-0,15 V aproximadamente, o una mezcla rica si la tensión es de unos 0,6V a 1V (consulte los manuales de Inyección Gasolina/Gestión del Motor de Autodata o el CD2 para más información sobre las posibles causas de esta condición). Si la forma de onda es satisfactoria al ralentí, abra la mariposa brevemente varias veces seguidas. La forma de onda debe mostrar la tensión de la señal 'oscilando' entre 0-1 V aproximadamente. El aumento de la tensión corresponde al aumento del régimen del motor y la disminución de la tensión a la disminución del régimen del motor.
Figura 27
Figura 28
NOTA: las siguientes cifras de tensión se refieren al sensor de oxígeno de tipo circonio utilizado casi de forma universal, sin referencia de control de 0,5V. Algunos modelos recientes llevan un sensor de titanio que tiene una gama de funcionamiento de 0V a 5V y muestra una señal de alta tensión con una mezcla pobre y una señal de baja tensión con una mezcla rica. MEDICIÓN DEL SENSOR DE DETONACIÓN Conecte las sondas de prueba del osciloscopio entre el terminal del módulo de control del motor del sensor de detonación y masa. Compruebe que el motor esté a la temperatura normal de funcionamiento. Abra la mariposa brevemente. La forma de onda debe mostrar una señal de corriente alterna con un aumento de amplitud considerable, de forma similar a lo mostrado en la figura 29. Si esta señal no aparece de forma clara, golpee ligeramente el bloque motor en la zona del sensor. Si la señal sigue sin ser satisfactoria, significa que existe un fallo del sensor o del circuito correspondiente. VERIFICACIÓN DEL AMPLIFICADOR DEL ENCENDIDO Conecte las sondas de prueba del osciloscopio entre el terminal del módulo de control del motor del amplificador del encendido y masa. Compruebe que el motor esté a la temperatura normal de funcionamiento. Arranque el motor y déjelo al ralentí. La señal debe mostrar un impulso de tensión de corriente continua digital.
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Compare el oscilograma con la forma de onda de la figura 30. Si la señal es satisfactoria, la tensión, frecuencia y forma de cada impulso deben corresponderse en gran
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medida, aumente entonces el régimen del motor y compruebe que la frecuencia de la señal aumenta proporcionalmente a las r.p.m. del motor.
PRUEBA DE LA BOBINA DE ENCENDIDO PRIMARIA Conecte las sondas de prueba del osciloscopio entre el terminal del módulo de control de la bobina de encendido y masa. Compruebe que el motor esté a la temperatura normal de funcionamiento. Arranque el motor y déjelo al ralentí. Compare el oscilograma con la forma de onda de referencia (figura 31). Los picos de tensión positiva deben ser de la misma amplitud más o menos. Si hay diferencias de amplitud notables, estas pueden indicar una alta resistencia en el circuito secundario o un fallo de la bujía o del cable de alta tensión (si procede). Lo dado hasta aquí son los procedimientos a seguir para la medición de algunos componentes con el osciloscopio, si desea una guía completa para saber cómo se miden casi todos los dispositivos, consulte el CD que acompaña a esta obra y que también puede descargar de Internet con los datos dados en este mismo libro. ☺ BIBLIOGRAFÍA www.csi-csif.es (Jesús Díaz Fonseca). www.encendidoelectronico.com www.pce-iberica.es, www.miac.es www.todoautos.com.pe www.electriauto.com www.carandyou.com www.dacarsa.net www.automecanico.com
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CAPÍTULO 3
MONTAJE DE UN OSCILOSCOPIO PARA USO AUTOMOTRIZ
En varias oportunidades hemos descrito una serie de programas “muestreadores” de señal que emplean la placa de sonido de una computadora como elemento digitalizador para poder mostrar señales de audio en la pantalla de la PC. En Saber Electrónica Nº 241 analizamos una placa para osciloscopio de doble canal, con una frecuencia máxima e 1MHz y una tensión de entrada de hasta 1200Vpp muy útil para la mayoría de las aplicaciones de electrónica. Teniendo en cuenta que las señales en el automóvil son de baja frecuencia y que la tensión no supera a la de la batería (salvo en el sistema de encendido), realizamos una adaptación en nuestro osciloscopio para que pueda ser usado en el automóvil. El circuito es sencillo y puede ser montado dentro de un gabinete plástico, con los controles de acceso externo para que el técnico pueda tomar medidas con facilidad. Por su frecuencia de trabajo de muestreo, resulta ideal para uso automotor.
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Capítulo 3 Para tener un osciloscopio de uso automotriz, la idea es usar la placa de sonido de una computadora. No pretendemos hacer una analogía con un osciloscopio comercial de 10MHz o 20MHz, pero si debemos aclarar que un equipo de 10MHz en realidad permite tomar parámetros ciertos de señales que no sean de más de 1MHz, ya que luego posee atenuaciones que dificultan la toma de tensiones reales ya que esos 10MHz indican el valor para el cual la señal mostrada puede sufrir una atenuación de 3dB. Además, quien haya manejado un osciloscopio, sabe que por más que se visualice una señal de 1MHz (en un osciloscopio de 10MHz), por ejemplo, es casi imposible observar la forma de onda exacta porque se llega al límite de la expansión de la escala de tiempo. Hago esta aclaración porque decir que sin ningún artilugio podemos ver señales de 100kHz utilizando una placa de sonido parece muy poco, pero créame que es suficiente para la mayoría de las “necesidades” de un aficionado, técnico o estudiante y más aún para uso automotriz. Las placas de sonido de las computadoras
suelen tener un ancho de banda de 100kHz y están “seteadas” para muestreos de 44kHz, pero este parámetro se puede modificar para que pueda reconocer señales de mayor frecuencia desde la entrada auxiliar o desde el propio micrófono. Además, si Ud. mira las especificaciones de muchas placas (sobre todo de las computadoras modernas) la frecuencia máxima puede ser mayor. Por lo tanto, el límite de frecuencia de una placa de sonido, para visualizar señales en forma directa no es problema y así podremos ingresar señales de 100kHz. El problema se presenta con la amplitud, ya que el valor máximo no puede superar 1Vpp porque comenzaría a recortar la señal. En general, hasta 1,4Vpp no habría grandes distorsiones pero ese límite es muy bajo si se quiere usar la placa de sonido como elemento digitalizador para usar la PC como osciloscopio. Es por eso que se requiere utilizar, al menos, un atenuador x 10 sin que se vea perjudicado ningún parámetro de la señal a medir en el auto y para ello empleamos un atenuador activo.
Figura 1 - Circuito del osciloscopio de uso automotriz.
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Montaje de un Osciloscopio para Uso Automotriz 35.000 volt que tienen las bujías será preciso emplear una punta de alta tensión (divisora x 1000). IC1 - LF356 - Operacional (ver texto) Los amplificadores operacionales pueden ser IC17 - CA741 - Operacional integrados 741 comunes pero si se quiere D3, D4 - 1N4148 emplear para medir señales con mayor precisión R1, R8, R14 - 100Ω R2, R16, R19 - 1kΩ recomendamos el uso de AO con entrada FET R3, R6 - 10kΩ tales como el TL081 o el LF356 (al menos para R4, R17, R18 - 100kΩ IC1). R15 - 10MΩ Con VR1 conseguimos una atenuación contiVR1 - Potenciómetro lineal de 1kΩ nua, funcionando de forma análoga a la de un CN4, CN5, CN6 - Jack estéreo para miniplug osciloscopio normal, es por eso que para hacer SW1 - Interruptor simple mediciones debe estar siempre girado en posición de máxima resistencia para tener nuestro Varios: instrumento calibrado (igual que lo que ocurre con Conectores para baterías de 9V, placa de circuito un instrumento comercial). impreso, cables para conexión, puntas de prueba, Como todo osciloscopio, nuestro equipo posee estaño, gabinete, etc. un oscilador que genera una señal para calibraEn la figura 1 se muestra el circuito sugerido ción formado por IC7 y sus componentes asociapara utilizar como “interfaz” para un osciloscopio dos. Con los valores de la figura 1 se genera una de un solo canal. IC1 es un amplificador operaseñal de unos 220Hz, valor que puede variar cional configurado como separador que garantiza hasta en un 20% (de 180Hz a 260Hz aproximala mantención de la forma de onda a mostrar. damente) debido a la tolerancia de los compoSW1 es un interruptor simple de modo que, nentes. La señal de salida de este generador es cuando está cerrado, a placa realizará una aterecortada por los diodos D3 y D4, de manera de nuación x 10 sobre la amplitud de la señal de tener una señal de salida de 1,2Vpp a 1,3Vpp entrada y con la llave SW1 abierta la atenuación (dado que cada diodo posee una tensión de será x 100. De este modo, nuestro osciloscopio barrera de uno 0,6V). permitirá medir sin problemas señales de entrada No nos interesa una señal exacta ya que, con tensiones desde algunos milivolt hasta 100V como sabemos, el osciloscopio es un instrumento aproximadamente. Si desea medir la tensión de que se emplea para visualizar señales y no es tan interesante (para aplicaciones generales) tener lectura exacta de sus parámetros y, en general, pueden existir errores mayores por la lectura del observador que por la precisión del equipo. Se trata de un osciloscopio de un solo trazo, ideal para ser empleado en notebooks que tengan placa de sonido con un solo canal para micrófono o auxiliar. Cabe aclarar que también podrá emplearlo en tablets e, incluso, en teléfonos celulares con sistema operativo Android ya que podrá descargar programas que permiten el uso de nuestro osciloscopio con este sistema operativo (figura 2). Desde Internet puede descargar una gran variedad de programas que, en general, son Figura 2 - El Osciloscopio se pude usar con un teléfono celular útiles solamente hasta 20kHz. Sin embargo, que tenga sistema operativo Android. también puede utilizar otros programas con Lista de materiales del circuito de la figura 1
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Capítulo 3 licencia para poder aumentar el límite superior de frecuencia de la señal a medir, encontrando utilidades con costos equivalentes a 10 dólares y otros (para 10MHz) que cuestan el equivalente a 75 dólares. Nosotros describiremos el uso de esta placa con el programa Soundcard Scope, versión V 1.30 que es de uso permitido para estudiantes y cualquier aplicación que no tenga fines comerciales.
SOUNDCARD SCOPE V 1.30 Figura 3 - El osciloscopio lo usamos con el software SoundCard Scope. Se trata de un programa que permite obtener un osciloscopio digital con un generador de señales inte- mente con la tarjeta de sonido. Por lo tanto, los grado, un analizador de espectros (FFT) y un gra- problemas que pudiera tener la tarjeta de sonido bador de archivos de onda. El autor “reafirma” se deben solucionar a nivel del sistema operativo. que no es un software gratuito y que para su uso La interfaz del usuario está dispuesta como un en aplicaciones comerciales se debe tener la osciloscopio convencional. Sin embargo, en la licencia correspondiente. Los requerimientos ventana del programa, se suministran posiciones adicionales para la presentación XY y el análisis mínimos para su funcionamiento son: de frecuencia. Cuando instalemos el programa y lo ejecuteWindows 2000, XP, Vista ó 7 mos, aparecerá la imagen de la figura 3. El softUna PC con una tarjeta de sonido instalada. ware muestra la señal presente en el canal 50MB de espacio en disco. izquierdo y el derecho de la tarjeta de sonido. El Para la instalación descargue el archivo ZIP desde el link brindado en nuestra página y haga clic en “setup.exe”. El programa se puede iniciar a partir de ahí a través del menú de programas del sistema operativo Windows. Este software se puede usar para la presentación y el análisis de ondas sonoras. Los datos se pueden grabar tanto directamente de la tarjeta de sonido (con un micrófono o desde la entrada LINE) como de una fuente tal como un CD o Mediaplayer. La entrada del osciloscopio se define con el mezclador de sonido de Windows, tal como veremos más adelante. El software obtiene sus datos desde la entrada de la tarjeta de sonido mediante Figura 4 - Como se trata de un osciloscopio de un solo la interfaz de Windows. No se comunica directatrazo, deberá seleccionr esta opción.
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Montaje de un Osciloscopio para Uso Automotriz interpretar en unidades arbitrarias. La posición de amplitud se refiere tanto a la ventana del osciloscopio como al gráfico XY. Se puede asignar un corrimiento a cada canal individualmente; de esa manera los dos trazos se pueden separar entre sí, para ello debe hacer un clic en uno de los campos de corrimiento y de inmediato aparecerán dos cursores horizontales de modo que al mover uno de ellos se producirá el cambio de posición de la señal mostrada en la pantalla del osciloscopio, también se puede asignar un Figura 5 - Su tuviera una placa de dos canales, con el software SoundCard Scope podría valor numérico en uno de los ver dos señales al mismo tiempo. campos (figura 5). Si la señal del canal está canal izquierdo se representa como una línea fuera de la ventana visible de la pantalla, el cursor verde y el canal derecho como una línea roja. En se mostrará en el borde superior o inferior de la la ventana de la interfaz del usuario hay perillas y pantalla (dependiendo de dónde está ubicada la ventanas de entrada para las tres funciones señal real). Los cursores desaparecerán automásiguientes: Amplitud, Tiempo y Disparo. ticamente de la pantalla después de unos pocos segundos de no modificar el corrimiento. Posiciones de la amplitud: La escala de amplitud de los dos canales se Base de tiempo puede establecer independientemente así como La posición de “Tiempo” se refiere a todo el en forma conjunta o sincronizada. Este último rango representado y NO al valor por unidad caso se habilita al comienzo del programa y se como en un osciloscopio normal. El rango va puede deshabilitar mediante “Sync CH 1&2” en el desde un milisegundo hasta 10000 milisegundos. panel frontal. En el caso del control de canales Cuanto más grande sea el rango, más pequeña independiente, el canal activo tiene que seleccioes la velocidad de exploración que se utiliza. Esto narse mediante el botón “Select CH” (ver figura es inevitable a causa de la extensión del uso de 4). la CPU de la computadora. En la posición de disLos valores de amplitud se dan en unidades paro “single” la velocidad de exploración se por división de la pantalla del osciloscopio y se aumenta de nuevo, dado que la utilización de la muestran para ambos canales arriba de esta pancomputadora aquí es menos importante. talla. El valor de amplitud corresponde al nivel de sonido digitalizado dividido por 32768. Esto repreDisparo senta la resolución en 16 bits de los datos que se Los modos de disparo son “off”, “auto”, “nortoman de la tarjeta de sonido. Debido a las difemal” y “single”. Estos corresponden a los modos rentes posiciones del volumen en el panel de connormales de los osciloscopios. El umbral de distrol de sonido en Windows el nivel de sonido paro se puede ajustar ya sea en la ventana de absoluto no se puede determinar directamente. entrada de selección de disparo o desplazando la Por lo tanto, los valores presentados se deben cruz amarilla de la ventana del osciloscopio
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Capítulo 3 usando el mouse. El tiempo de disparo sólo se puede ajustar desplazando la cruz con el mouse. En el modo de disparo single SHOT la llave RUN/stop se desactiva automáticamente y se requiere una nueva entrada o toma de datos, se debe oprimir nuevamente. El botón “Auto set” dispara el programa para estimar la base de tiempo y el nivel de disparo óptimos. La frecuencia principal que se encuentra en el canal de disparo se usa para obtener la base de tiempo. El umbral se toma de la amplitud de la señal. Si la amplitud es demasiada pequeña, el botón no tiene ningún efecto. Por debajo de 20Hz el resultado no es confiable debido a la limitada ventana de tiempo que se usa para el análisis. Modo de canal Por defecto, se muestran dos canales en la ventana del osciloscopio. Con la llave de selección de modo en la parte inferior de la ventana del programa, se puede elegir la suma, la diferencia o el producto de los canales.
Figura 6 - Los valores de tensión y de frecuencia de la señal visualizada se pueden ver en forma numérica en el borde supeior de la pantalla.
Análisis de los datos En la interfaz del usuario también hay una llave de corrida/detención, la cual se puede usar para interrumpir la toma de datos y dar tiempo para analizar el contenido presente de la ventana. El selector “real time” permite conmutar mediciones en tiempo real de la frecuencia principal, la amplitud pico a pico y el valor eficaz de la señal. El resultado se muestra en el borde superior de la pantalla, tal como puede observarse en la figura 6. Esta medición requiere cierta potencia de la CPU y debe apagarse si se observa cualquier problema. La amplitud o Tiempo/Frecuencia se puede medir con la ayuda de cursores en la Figura 7 - El osciloscopio también permite medir diferencias ventana del osciloscopio. Los cursores corresentre dos señales. pondientes se pueden activar mediante la caja selectora debajo de la ventana. Los cursores tiempo y la frecuencia apropiada se muestran se pueden desplazar con el mouse. directamente. Los datos también se pueden exaEn el modo de amplitud se muestran los valo- minar con mayor detalle usando el zoom. El detares de los dos cursores así como la diferencia de lle alrededor de la posición de la línea de disparo amplitud, de la forma mostrada en la figura 7. perpendicular se aumenta. Desplazando la línea Para el modo de tiempo, la diferencia de de disparo, se puede cambiar el rango.
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Figura 9 - También puede elegir el idioma en que se presentarán los datos.
Figura 8 - El ajuste del osciloscopio se realiza pulsando la pestaña EXTRA.
las salidas. En la parte inferior de la ventana de posiciones hay un botón para reinicializar las posiciones del programa. Esto incluye todas las posiciones; cualquier cambio hecho por el usuario hasta ese momento se perderá. El lenguaje del programa se puede cambiar con el botón correspondiente, en el ángulo inferior derecho de la pantalla. Al pulsar el botón se desplegará una imagen como la de la figura 9 en la que puede seleccionar el lenguaje, al momento de escribir este artículo aún no se encontraba disponible la opción ESPAÑOL. El cambio del lenguaje se aplicará en el próximo inicio del programa. Fuentes de señal para el osciloscopio Usualmente se disponen las siguientes entradas:
Figura 10 - Panel de control de la placa de sonido para realizar el ajuste del osciloscopio.
Extras En esta ventana hay algunas posiciones para los dispositivos de audio de Windows. Del lado derecho están los dispositivos de audio para entrada y salida de sonido. Si están presentes varios sistemas de sonido, se puede seleccionar aquí el equipo usado (figura 8). Del lado izquierdo están los botones para iniciar la operación de los mezcladores de audio de Windows. Note que cada opresión de un botón abre una pequeña ventana mezcladora. En los mezcladores se pueden configurar las entradas y
Line-In: Puerto en la PC Microphone: Puerto en la PC, o interno (laptop) - a menudo sólo mono. Wave Out: Sonido interno, por ejemplo reproductor de MP3, Media-Player; generador de señales. CD Player: Música directamente de un CD. El equipo que aparezca en el osciloscopio debe seleccionarse a partir de las entradas mencionadas anteriormente. Con algunas tarjetas de sonido se pueden seleccionar varias fuentes al mismo tiempo, en una pantalla como la que aparece en la figura 10. El volumen del equipo también se puede ajustar aquí. Esto tiene un efecto directo en la amplitud del osciloscopio.
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Capítulo 3 Salida de señal mediante la tarjeta de sonido Para definir qué sonido se envía a la salida de la tarjeta de sonido, se debe seleccionar el equipo apropiado en el mezclador de audio de Windows, ajustando los controles de la figura 11. Frecuentemente, en este panel, se mezclan varias fuentes al mismo. IMPORTANTE: A veces puede ocurrir que no se lista una entrada o una salida en la ventana. En este caso se debe activar así: Options>Properties (figura 12). Grabador de Señales El grabador de señales (audio) permite guardar datos en un archivo de onda. El nombre del archivo de salida tiene que seleccionarse antes de que se oprima el botón de pausa o de grabación. Hay tres modos diferentes para almacenar datos: 1 Trigger (auto): Guardar automáticamente los datos disparados actualmente. 2 Trigger (manual): Guardar manualmente los últimos datos disparados en el archivo. 3 Rec. Button: Iniciar la escritura del archivo con el botón de grabación (independiente del disparo). Independientemente del modo, se puede escribir en el archivo de salida un tamaño limitado. La longitud se define mediante los selectores correspondientes en la ventana de grabadores. La longitud se define por defecto mediante la ventana de los osciloscopios, pero se puede establecer en un valor diferente por parte del usuario. En todos los casos la escritura se detendrá cuando se oprime Pausa o Detención. Tenga presente que el archivo seleccionado se sobreescribirá SIN cualquier advertencia. Dado que el archivo presente se cerrará después que el botón stop haya sido presionado, defina un nuevo archivo de salida ANTES de oprimir Pausa o Detención. El archivo de onda resultante contendrá 100 muestras de silencio entre los datos grabados.
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Figura 11 - El ajuste se realiza desde el control de volumen.
Puntos determinados al comienzo del archivo de onda marcan el inicio de cada porción escrita.
CÓMO USAR NUESTRO OSCILOSCOPIO Arme el osciloscopio de uso automotriz en el circuito impreso de la figura 13. Realice el montaje con cuidado familiarizándose con cada uno de los componentes. Una vez que conozca bien la placa del osciloscopio, debe conectarla a la computadora utilizando cables
Figura 12 - Si no aparece el panel de control de volumen, deberá activarlo en su PC.
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Figura 13 - Circuito impreso del osciloscopio de uso automotriz.
apropiados. Para señales de hasta 100kHz puede usar un cable estéreo mallado, de los usados en aplicaciones de audio.
Si quiere algo de mayor calidad, emplee cable del empleado en las puntas de osciloscopio. Además de la placa necesitará 2 baterías de 9V para su alimentación, una punta de prueba construía con clips (pinzas) cocodrilo en un extremo y un mini plug monoaural del tipo de auriculares que se conectará a la placa de osciloscopio en la entrada IC4 (use cable mallado del tipo común para micrófonos con 1 metro de largo). También necesitará un cable con un mini plug monoaural del tipo empleado en auriculares conectado en ambos extremos para conectar la placa a la entrada de micrófono de la placa de sonido de la PC (use cable mallado del tipo común para micrófonos con 1 metro de largo). La salida de la placa del osciloscopio corresponde al conector IC5. La placa se alimenta con 2 baterías de 9V que pueden ser reemplazadas por una fuente partida de 8V a 12V x 100mA de corriente. Conecte el cable estéreo de salida (IC5) de la placa a la entrada de micrófono de la computadora. Ahora, conecte las puntas de prueba que previamente debe haber armado al conector IC4 de la placa del osciloscopio. Antes de ejecutar el programa para realizar las primeras pruebas, es necesario que se familiarice con los controles del canal vertical de la placa del osciloscopio, ya sea la llave atenuadora SW1 y el potenciómetro que efectúa una atenuación continua VR1. Para empezar, deberemos calibrar la placa con el software a emplear y, para ello, nos aseguramos que el potenciómetro de atenuación continua esté todo girado en sentido horario, en la posición de máxima resistencia. Luego, ajustamos la llave selectora de atenuación SW1 para que se encuentre en la posición “x10” (interuptor cerrado). Ahora debemos ejecutar el programa Soundcard Scope que previamente deberemos haber descargado e instalado en la PC de modo que al hacerlo aparecerá una imagen como la mostrada en la figura 14. En la parte inferior, en el botón “measure”, seleccionamos la opción “Hz and volts” y seleccionamos en las casillas del costado para que nos muestre la indicación de frecuencia, tensión pico a pico y tensión eficaz (figura 15). Ahora conectamos la punta de prueba del
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Capítulo 3 osciloscopio en el terminal de ajuste de la placa (figura 16) que, como sabemos, genera una señal de unos 200Hz, de forma de onda cuadrada y 1,25Vpp aproximadamente. Al hacerlo, en la pantalla deberá aparecer esta señal con las indicaciones de frecuencia y tensión, tanto eficaz como pico a pico (figura 17). Note en la figura 17 que la frecuencia si es del valor esperado (219,27Hz) pero la tensión está lejos de lo que debe ser (754,2Vpp). Esto se debe a que debeFigura 14 - Una vez armado el osciloscopio y conectado a la PC deberá ejecutar el programa SoundCard Scope y aparecerá la primera pantalla. mos calibrar la placa de sonido para que muestre “Open Audio Mixer” y se desplegará el panel de el mismo valor que posee la señal. Para ello, sin quitar la señal de ajuste, hace- control de la placa de sonido (figura 19). En el programa volvemos a seleccionar la mos clic en la pestaña “Extras” del programa de opción Oscilloscope, para ver la señal de ajuste, modo que aparecerá la imagen de la figura 18. Luego hacemos clic en “Output” de la sección y volvemos a traer al frente el control de la placa de audio (figura 20). En el control de la placa seleccionamos Opciones -> Propiedades (figura 21) y luego la opción Reproducción (figura 22).
Figura 15 - Debe seleccionar la opción para ver los valores númericos de tensión y frecuencia de la señal medida.
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Figura 16 - Para calibrar el oscilocopio debe conectar la punta de prueba al conector de juste de la placa.
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Figura 18 - Para hacer el ajuste se hace clic en la pestaña EXTRAS. Figura 17 - La señal de ajuste debe medir 1,25Vpp
Figura 19 - Luego hacemos clic en OUPUT.
Aceptamos y ahora, moviendo el cursor del micrófono podremos variar la indicación en pantalla. Ajustamos hasta obtener una tensión de aproximadamente 120mV (como seleccionamos la opción de atenuación x 10, estaremos midiendo en realidad una tensión de 1,2Vpp). Tenga en cuenta que es improbable que tenga este valor exacto y, aunque lo tuviera puede que no sea el valor real, dado la tolerancia de los diodos D3 y D4 en el circuito de la figura 1. En la figura 23 vemos que nosotros realizamos el ajuste hasta obtener 1,265Vpp. Cierre el panel de audio y ya está en condiciones de usar su osciloscopio. Los controles, que ya hemos explicado anteriormente, son los mismos que posee un osciloscopio por lo que no tendrá proble-
Figura 20 - Una vez abierto el panel de control de volumen, volvemos a mostrar la señal de ajuste.
Figura 21 - Si no aparece el panel, seleccione PROPIEDADES.
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Capítulo 3 mas en su uso. Si no sabe manejar el osciloscopio, en nuestra web, con la clave que le hemos dado, encontrará un manual de manejo de este instrumento.
CONCLUSIÓN El autor libera el uso de este programa para fines educativos. Si algo funciona mal y descubrió una falla, por favor envíe un correo a
[email protected]. Si usa el programa para un proyecto en una universidad o escuela, por favor, escríbale al autor informando dicha situación. Este programa se puede usar y transmitir para uso en escuelas. Invitamos a todos nuestros lectores a que experimenten con los programas de uso libre que aquí se exponen y que armen la interfaz que se propone como montaje en esta misma edición con el objeto de ampliar las características del osciloscopio. Para descargar todos los programas que mencionamos en este artículo, le recordamos que debe dirigirse a nuestro portal:
Figura 22 - Debe asegurarse que esté seleccionada la opción reproducción.
Figura 23 - Debe mover el control de volumen hasta medir 1,2Vpp en la señal de ajuste.
www.webelectronica.com.mx Debe seleccionar la opción password e ingresar la clave (como lector) “pañol”. Si ingresa como socio del Club SE, podrá descargar archi-
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vos adicionales. Le recordamos que para ser socio de nuestra comunidad de electrónicos debe registrarse en línea sin cargo alguno. En dicho sitio encontrará todo el material y explicación para poder sacarle el máximo provecho a este equipo. ☺
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CAPÍTULO 4
PROYECTOS DE ALARMA Y SEGURIDAD PARA EL AUTO La mayoría de los vehículos actuales incluyen diferentes sistemas de seguridad como ser la apertura con llave codificada, inmovilizadores, etc. Sin embargo, suelen carecer de sistemas antiasalto, es decir, dispositivos que permitan que el auto funcione sólo cuando está a cierta distancia de un transmisor que suele tener el conductor, de esta manera, cuando el auto “no está al alcance del transmisor” se pone en marcha un sistema que al poco tiempo para el motor impidiendo la marcha del vehículo. Tampoco salen de fábrica los vehículos de media gama con detectores de presencia o detectores de rotura de vidrio, siendo sistemas adicionales que el usuario adquiere a través de un instalador. En este capítulo brindamos diferentes circuitos tanto de alarma como de presencia y rotura de vidrio para que el lector conozca cómo son estos equipos y pueda experimentar armando el de su preferencia para colocarlo en un vehículo.
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Capítulo 4 DISPOSITIVO ANTIRROBO TRITEMPORIZADO Existen muchísimos sistemas antirrobo y antiasalto para el automóvil que van desde los sencillos circuitos que cortan la corriente hasta los sofisticados sistemas microprocesados (alarmas inteligentes) que brindan una relativa seguridad al conductor cuando éste es asaltado mientras conduce su unidad. Estos últimos dispositivos incluyen un sistema de control remoto que hace que el vehículo se mantenga en marcha mientras se encuentre un transmisor (que lleva oculto el conductor) a menos de 200 metros del receptor alojado en el chasis del coche. Como los ladrones están alertados por la presencia de este sistema, muchas veces desnudan al conductor y otras, lo llevan a realizar un atraco para evitar que el auto se pare automáticamente como consecuencia de la activación del sistema de seguridad. En varias oportunidades publicamos sistemas antiasalto por control remoto. Sin embargo, nuestro proyecto evita poner en riesgo nuestra vida ya que se trata de un sistema antiasalto tritemporizado, es decir, deberemos activar el sistema antes de salir del auto para que quede protegido de los cacos mientras estemos fuera de él. Se trata de un circuito eficiente, de bajo costo, que podrá utilizar tanto para proteger su unidad
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como para armarlo en serie y ganarse unos pesos, ya que la instalación es sumamente sencilla. Las tres temporizaciones de esta alarma lo hacen muy eficiente y con desempeño comparable al de muchas del tipo comercial. Su instalación es sencilla, siendo accionada por los interruptores de las lámparas de las puertas o, también, por sensores e interruptores en el capot, baúl y cualquier otro lugar posible de violación. A continuación, analizaremos su modo de operación: a) Presionando S1 tenemos aproximadamente 20 segundos para salir del auto. b) Una vez activada de modo automático, si el vehículo fuera invadido, habrá un tiempo de 10 segundos, aproximadamente, antes del disparo de la bocina y la inhibición del sistema de ignición. Estos 10 segundos sirven para que el propietario, entrando en el auto, desconecte la alimentación del circuito a través del interruptor S1. c) Una vez disparada la alarma, el encendido queda bloqueado y la bocina se acciona en forma intermitente durante un período que va entre 3 y 6 minutos, a elección del montador. d) Luego del tiempo indicado la alarma se detiene y, si la llave violada fuera nuevamente cerrada y abierta, se produce un nuevo disparo.
Figura 1 - Circuito de la alarma tritemporizada.
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Proyectos de Alarma y Seguridad para el Auto Lista de materiales del circuito de la figura 1 SEMICONDUCTORES: IC1 a IC4 - 555 - circuitos integrados (intente conseguir cualquier versión CMOS de estos componentes. Q1, Q2, Q3 - BC548 o equivalente - transistores NPN de uso general D1 a D5 - 1N4148 o equivalentes - diodos de silicio RESISTORES (1/8W, 5%): R1, R7, R9, R13, R14 - 47kΩ R2 - 220kΩ R3, R15 - 2,2kΩ R4, R5 - 4,7Ω R6 - 12kΩ R8 - 100kΩ R10 - 1MΩ R11 - 10kΩ R12 - 4,7kΩ NOTA: VEA EL TEXTO para realizar modificaciones que le permitan ajustar los tiempos de “armado” de la alarma, preactivación y duración del tiempo de alerta. CAPACITORES: C1 - 47 µF a 100 µF - electrolítico de 16V C2, C3, C9 - 1000µF - electrolíticos de 16V C4, C6 - 100nF - poliéster o cerámicos C5 - 4,7µF a 100µF - electrolítico de 16V C7 - 100µF a 220µF - electrolítico de 16V C8 - 10µF - electrolítico de 16V VEA EL TEXTO: En caso de emplear pre-set para variar los tiempos de temporización del sistema, conviene que C1, C5, C7 y C8 sean capacitores de tantalio VARIOS: K1 - MCH2RC2 - Relé de 12V x 2A - Metaltex o equivalente K2, K3 - G1RC2 - Relé de 12V x 10A - Metaltex o equivalente F1 - Fusible de 500mA S1 - Interruptor de presión NA S2 - Interruptor simple Placa de circuito impreso, caja para montaje, zócalo para los circuitos integrados y relés, puente de terminales con tornillos, cables, soldadura, etc.
La figura 1 muestra el diagrama completo del sistema, en él se puede apreciar que a simple vista es un sistema sencillo que incorpora integrados CMOS para evitar disparos erráticos del sistema. Se utilizaron 4 circuitos integrados 555 del tipo CMOS en las configuraciones de monoestable y astable, además de 3 relés activados en el nivel alto de las salidas de los integrados 555 correspondientes, vía transistores. El primer 555 (IC1) opera como monoestable, desconectando la alimentación de la alarma por un tiempo determinado por R2 y C1 cuando S1 lleva su entrada momentáneamente al nivel bajo. Al final de la temporización, la alimentación de la alarma se establece y el usuario, por el dimensionamiento de C1 y R2, tiene aproximadamente 20 segundos para salir y cerrar el auto. He aquí otra modificación que podemos realizarle a nuestro circuito. Muchas personas prefieren un tiempo mayor para poder alejarse de la unidad mientras que otros quieren que el sistema se active en un tiempo menor. Para conformar a todos los usuarios, conviene reemplazar R2 por un resistor de 100kΩ en serie con pre-set de 500kΩ. Con esto podremos variar el tiempo de activación desde unos 8 segundos hasta 2 minutos aproximadamente. En este caso C1 debe ser un capacitor de tantalio. Cuando la alimentación se establece, la alarma queda lista para operar. El circuito formado por R5 y C3 impide la aplicación brusca de tensión en los 555 siguientes, lo que podría producir su disparo inmediato. La alarma se activa cuando cualquiera de las llaves conectadas al punto B lleva al pin 2 del integrado IC2, vía C4, al nivel bajo. La salida de este integrado, entonces, irá al nivel alto durante un tiempo que depende de R8 y C5. Este período es el predisparo, o espera, y tiene una duración aproximada de 10 segundos. Alterando R8 pueden tenerse tiempos mayores. Aquí puede realizar una nueva modificación; cambie R8 por un resistor de 47kΩ en serie con un pre-set de 500kΩ, luego, variando este preset, puede ajustar el tiempo de preactivación desde unos 4 segundos hasta unos 40 segundos. Cuando la salida de CI2 va al nivel alto, nada
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Capítulo 4
Figura 2 - Circuito impreso para la alarma tritemporizada.
sucede en el siguiente monoestable (CI3), ya que en este tipo de circuito el disparo se produce cuando la entrada (pin 2) va al nivel bajo. Así, al final de la temporización de CI2, cuando la salida vuelve al nivel bajo, es que tenemos el disparo de
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CI3. Con el disparo, su salida (pin 3) va al nivel alto por un tiempo determinado por R10 y C7 de alrededor de 3 a 6 minutos. Durante este intervalo el relé K2 cierra sus contactos, desconectando la ignición del vehículo.
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Proyectos de Alarma y Seguridad para el Auto ten equivalentes, pero les recordamos que tanto K2 como K3 deben tener contactos de por lo menos 8A. Los transistores también admiten equivalentes, lo mismo que los diodos. Para conexión a los diferentes puntos del automóvil se utilizan terminales con tornillos, indicados con las letras A hasta G. Sería interesante ubicar el circuito de modo que los puntos C y D quedaran lo más próximo posible al cable que alimenta la bobina de ignición, ya que ésta deberá ser interrumpida. Este punto es importante y debe protegerse, pues en caso de falla de la alarma, provocando el cierre de K2, sin retorno, bastará cortocircuitar C con D para que el vehículo vuelva a funcionar nuevaFigura 3 - Conexión de la alarma tritemporizada en el auto. mente. Al mismo tiempo, queda habilitado CI4, que Desconectando E, la bocina se desactivará en está en la configuración de astable, con frecuencaso de emergencia. cia determinada por R13, R14 y C8. En la figura 3 puede observarse el modo de El relé conectado vía Q3 a la salida de CI4 hacer la instalación de la alarma en el auto. pasará, entonces, a abrir y cerrar sus contactos, Nótese que algunos cables, que conducen accionando la bocina de modo intermitente por el corrientes más intensas, deben ser más gruesos. tiempo determinado por R10 y C7. El número de interruptores conectados al Colocando un resistor de 10kΩ en serie con un punto B no tiene límite, dependiendo sólo de pre-set de 100kΩ en lugar de R10, puede variar el cuántos puntos deben ser protegidos. tiempo de activación del sistema. a voluntad. En Pueden utilizarse sensores del tipo NA (noreste caso, C7 debe ser un capacitor de tantalio. malmente abiertos), como reed-switches, sensoEn el final de este intervalo, de 3 a 6 minutos, res de vibración, etc. el sistema se desconecta y queda en alerta para Una vez instalado, verifique su funcionaun nuevo accionamiento. miento. Esta desconexión evita el desgaste de la batePara usarlo recuerde que: ría en caso de un accionamiento errático cuando el dueño del vehículo no puede intervenir de o Al salir del vehículo apriete la perilla S1. inmediato. Cierre el auto antes de los 10 segundos. En la figura 2 tenemos la disposición de los o Al volver, entre y cierre las puertas rápidacomponentes en una placa de circuito impreso. mente, oprimiendo S1 antes del disparo (la Todo el conjunto debe ser ubicado en una caja alarma continuará activada en estas condicioblindada a fin de evitar que la humedad o el polvo nes). Si lo prefiere, desconéctela totalmente en puedan causar problemas de funcionamiento. S2. Los circuitos integrados, así como los relés, o En caso de disparo, apriete S1 o desconecte pueden ser instalados en zócalos. Los relés admiS2.
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Figura 4 - Sencilla alarma para auto con circuitos integrados 555.
ALARMA PARA AUTO CON 555 Este circuito de alarma para auto funciona con el muy conocido circuito integrado LM555. Se utilizan 2 circuitos integrados (C.I.) 555 o un C.I. 556 (tiene dos 555 en un solo circuito integrado), tal como se muestra en la figura 4. Los dos 555 están conectados en configuración monostable. El primer 555 provee el tiempo necesario de retardo para poder salir del auto, y se activa por el conductor antes de salir del mismo presionando el interruptor (switch) de salida. El tiempo de retardo sólo funciona a través del sensor ubicado en la puerta del conductor. Al presionar este interruptor se dispara el primer temporizador 555, poniendo a su salida (pin 3) un nivel alto por el tiempo establecido por Ra y Ca. Simultáneamente se activa el SCR que conduce y lleva el extremo izquierdo del resistor de 1kΩ a 0 volt. Note que con esta acción no se ha disparado en ningún momento el segundo 555, pues su pin 2 (TRI) de activación no ha pasado a
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nivel bajo (cerca a los 0 volt). Este pin (pin 2) está a 12 volt a través de la resistor de 24kΩ. Obsérvese que el capacitor de 0.001µF está cargado todo el tiempo a 12 Volt. Pasado el tiempo de retardo, la salida del primer circuito integrado 555 (pin 3) pasa a nivel bajo y la alarma quedará lista para detectar intrusos. En este momento el SCR ya no conducirá pues se le habrá quitado la tensión que hacía que por él circulara corriente. El capacitor de 0.001µF se mantiene con aproximadamente 12 volt entre sus terminales. Cuando el conductor regresa a su auto, abre su puerta y activa el primer temporizador (pondrá el pin 3 (OUT) en nivel alto), así el voltaje entre los terminales del capacitor de 0.001µF es de aproximadamente 0 volt. Si esta persona es el dueño, desconectará la alarma y esta no sonará (ver interruptor On - Off). Si la persona que entra en el auto es un intruso, no sabrá como desconectar la alarma o
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Proyectos de Alarma y Seguridad para el Auto Lista de materiales del circuito de la figura 4
Circuitos integrados: 2 C.I. 555 o 1 556 (temporizadores) Resistores: 2 de 24kΩ 1 de 1kΩ Capacitores: 1 de 0.001µF cerámico 1 de 1µF de tantalio Otros: 1 SCR NTE 5456 1 interruptor (switch) normalmente abierto de 2 contactos. 1 interruptor corredizo de dos posiciones para activar la alarma. Interruptores normalmente abiertos dependiendo de las puertas y otros elementos que se deseen proteger.
el temporizador y este active la sirena. Las otras puertas, baúl (maletero), tapa del motor, etc. (todas menos la del conductor) activan directamente el segundo 555 lo que pone en marcha la sirena inmediatamente. En el circuito, el componente marcado con (*) es un interruptor normalmente abierto doble de contacto momentáneo. Notas: * Los valores de Ra, Ca, Rb, Cb se escogen de acuerdo a las necesidades de los tiempos que consideres conveniente. * La combinación del resistor de 24kΩ y el capacitor de 1µF conectados al pin 4 de los temporizadores, habilitan a los mismos un tiempo muy pequeño después de encendida la alarma para evitar falsos disparos. * Los valores de los resistores Ra y Rb y de los capacitores Ca y Cb dependerán de los retardos que se deseen. Estos retardos se pueden obtener con ayuda de la fórmula: T = 0.695 x R x C
no sabrá que esta existe y después del tiempo de retardo del primer 555 el pin 3 (OUT) pasará de nivel alto a nivel bajo. En este momento el pin 2 del segundo 555 pasará a nivel bajo disparándose el segundo circuito integrado 555 que hará sonar la sirena por el tiempo establecido por la combinación de Rb y Cb. Esto sucede debido a que el capacitor de 0.001µF que estaba descargado (0 volt) pasa esta tensión momentáneamente al pin 2 de disparo del segundo 555, suficiente para que active
* Para hacer funcionar adecuadamente la alarma, se recomienda armar cada temporizador por aparte. Una vez armado el primero y este funcione correctamente, conectarle el conjunto de elementos: SCR, resistor de 1kΩ, capacitor de 0.001µF y el interruptor de salida y volverlo a probar. Después conectar el otro temporizador (que debe funcionar correctamente) y volver probar todo el conjunto.
ALARMA CMOS
Figura 5 - Alarma CMOS simulada en KiCAD.
Este es un circuito de una alarma sencilla echa con un 4001. Lo podremos usar para proteger nuestro hogar, moto, auto o alguna otra aplicación que se nos ocurra. A este circuito le efectuaremos una simulación electrónica con Livewire y luego diseñaremos el circuito impreso con Kicad, figura 5. El circuito de esta alarma se muestra en la figura 6. Sw1 es un pulsador normalmente cerrado que al ser pulsado dis-
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Figura 6 - Alarma con circuitos integrados CMOS.
para el flip-flop formado por las dos puertas NOR del CD4001 y se mantiene en ese estado por un
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Figura 8 - Circuito impreso para la alarma con CMOS.
tiempo determinado por la constante de tiempo de R5-C2. Este tiempo es el que mantiene accionado al relé RL1 y que mediante sus dos contactos inversores nos permitirán controlar dos cargas; por ejemplo una sirena y una luz o cualquier otra que nosotros conectemos a P3 y P4. Luego de transcurrido ese tiempo el relé se
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Figura 9 - Referencias para la instalación de la alarma con CMOS.
un detector de humo, un detector de gas, un sensor magnético, un pulsador de pánico o cualquier dispositivo que actúe como un switch cerrado y que al abrirse dispare la alarma. Para que el circuito nos quede mas práctico sustituiremos R5 por un preset (RV1) y así poder ajustar cómodamente el tiempo que controlará las cargas. En la figura 7 tenemos la lista de componentes necesarios para esta alarma mientras que en la figura 8 se da una sugerencia para la placa de circuito impreso. Para conectar la alarma (cablearla) puede basarse en las indicaciones dadas en la figura 9. Si la va a conectar en el auto, obviamente se alimentará desde la batería del vehículo pero si quiere usar esta alarma en una casa, deberá emplear una batería de gel y un cargador de baterías como el de la figura 10.
ALARMA TRANSISTORIZADA NC Este circuito, figura 11, el más sencillo de los que veremos, consiste en un transistor BC547 que trabaja entre el corte y la saturación. El transistor puede ser cualquiera de uso general. El relé es común, para circuitos impresos, con una corriente de bobina de activación inferior a los 150mA. La puesta en marcha de la alarma se realiza con el inteFigura 10 - Sugerencia para un cargador automático de batería. rruptor SW2. El circuito se mandesconecta quedando pronto el circuito de la tiene en alerta y cuando se presiona SW1 (es un alarma para ser disparada de nuevo. pulsador Normalmente Cerrado - NC o cualquier Podemos sustituir el pulsador Sw1 por un senotro arreglo similar, tal como describiremos) se sor de movimiento PIR, una barrera de infrarrojos, dispara el transistor, zonando el buzzer y acti-
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Capítulo 4 vando al relé, también se enciende el led D1. SW1 pueden ser varios alambrecitos o sensores magnéticos conectados en serie de modo que es suficiente que uno de ellos se corte o active para que la alarma se active. Para desactivar la alarma hay que abrir el interruptor SW2. El circuito se simuló en el programa Livewire y el archivo puede bajarlo para fines didácticos de nuestra web: www.webelectronica.com.mx, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave: “montdiscre”. El diagrama de circuito impreso que se muestra en la figura 12 se obtuvo con el programa PCB Wizard y el archivo también se puede bajar desde el mismo lugar. Cabe aclarar que también puede descargar un DEMO de los programas Livewire y PCB Wizard para poder realizar sus propias prácticas (si no posee dichos programas en su versión completa).
Figura 11 - Sencilla alarma con transistor.
Figura 12 - Impreso sugerido para la alarma con transistor.
ALARMA CON TIRISTOR NC El circuito de la figura 13 es una variante de la alarma transistorizada y su funcionamiento es similar. La alarma se pone en marcha al cerrar SW2 y se activa siempre que se abra el interruptor SW1, que puede ser una serie de cablecitos en serie o sensores magnéticos o cualquier otro arreglo que “al abrirse” produzca el disparo del tiristor. La alarma permanecerá encendida hasta que no se desactive el interruptor SW2.
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Figura 13 - Alarma sencilla con tiristor.
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Proyectos de Alarma y Seguridad para el Auto rar que también puede descargar un DEMO de los programas Livewire y PCB Wizard para poder realizar sus propias prácticas (si no posee dichos programas en su versión completa).
ALARMA TEMPORIZADA NA El circuito de la figura 15 representa una variante de los dos primeros circuitos. Debe conseguir un circuito Figura 14 - Impreso sugerido para la alarma con tiristor integrado 555T o 555M, caso conEl tiristor puede ser cualquiera que soporte la trario, cada vez que conecte la alarma con SW2, corriente de activación del relé (cualquiera sirve) la misma comenzará “disparada” sonando el buzaunque la placa de circuito impreso de la figura zer, encendiéndose D1 y activándose RL1 (que 14 fue diseñada para un tiristor del tipo C106. El es un relé común para circuitos impresos y 12V relé es para 12 con una corriente de bobina de de tensión de bobina). En este caso, a diferencia activación inferior a 150mA. de los dos primeros circuitos el sensor de disparo El circuito se simuló en el programa Livewire y es un circuito NC (normalmente cerrado) y está el archivo puede bajarlo para fines didácticos de representado por SW1. Este interruptor está nuestra web: www.webelectronica.com.mx, Normalmente Abierto - NA- y es preciso apretarlo haciendo clic en el ícono password e ingresando (cerrarlo) para que se dispare la alarma. La la clave: “montdiscre”. El diagrama de circuito misma permanecerá activa durante un tiempo impreso que se muestra en la figura 14 se obtuvo establecido por R1, Vr1 y C1. Variando el potencon el programa PCB Wizard y el archivo también ciómetro VR1 de 100kΩ cambia el tiempo en que se puede bajar desde el mismo lugar. Cabe aclala alarma permanece activa. Una vez que el circuito vuelve a su condición normal, es preciso volver a accionar SW1 para que se produzca un nuevo disparo. Tanto para el relé como para el transistor rigen las mismas consideraciones hechas en el circuito (1). Tanto los archivos Figura 15 - Alarma temporizada sencilla.
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Capítulo 4 como los programas puede “bajarlos de Internet” tal como describimos en los dos casos anteriores. La placa de circuito impreso se reproduce en la figura 16.
CENTRAL DE ALARMA Y ALARMA PARA AUTOMÓVIL Los sistemas de seguridad tienen una central que reconoce la activación de los sensores ubicados en posiciones estratégicas y que, luego de un proceso, acciona un sistema de alarma, un sistema de puerta en funcionamiento de la central, una fuente de alimentación que permite el suministro de corriente a través de la red eléctrica y que conmuta a baterías cuando ésta es interrumpida, los sensores y el sistema de alerta. La central de la figura 17 da un tiempo de unos 30 segundos (regulable) para abandonar la vivienda por la zona de entrada/salida, luego de accionada la central, y de 20 segundos para desconectarla al regresar a la vivienda, antes de que se accione el sistema de alerta. Superados estos tiempos, al conectarse el sensor, se disparará el sistema de alerta. Debido al empleo de circuitos integrados CMOS, este dispositivo no se dispara en forma errática y por ello se puede emplear en automóviles sin dificultad. La central de alarma posee una zona de disparo demorado (SW1), que activa el sistema de alerta luego de 30 segundos de colocar un potencial de 12V en dicho terminal y una zona de disparo instantáneo (SW3) que hace funcionar al sistema de alerta inmediatamente cuando en ese contacto se detecta un potencial de masa. Las compuertas IC4d, IC1a e IC1b componen un sistema monoestable que inhabilita las zonas de disparo demorado durante 30 segundos luego de darle alimentación a la central. Al aplicar tensión al circuito, el capacitador C4 se carga a través de R6 dando un “0” inicial en las entradas de la compuerta IC4d, que dará un “1” lógico en la entrada de la compuerta IC1a presentando un “0” lógico a su salida con la cual C3 se cargará a través de R7. Durante el período de carga de C3 en la entrada de la compuerta IC1b habrá también un “0” lógico que fijará un “1” a su salida, el que se aplica a una de las entradas de
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Figura 16 - Circuito impreso para la alarma temporizada simple.
la compuerta IC4a estableciendo un “0” a su salida sin importar el estado de la otra entrada (de IC4), que es la que trae la información del estado de los sensores (SW1). En este estado no se activará el sistema de alerta pase lo que pase con SW1.
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Proyectos de Alarma y Seguridad para el Auto Figura 17 - Alarma para automóvil con compuertas digitales y varias zonas de disparo.
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Capítulo 4 En la medida en que se carga C3 a través de R7, la tensión en la entrada de la compuerta IC1b crece hasta llegar un momento en que la interpreta como “1” lógico, cambiando el estado en su salida yendo a “0” y permaneciendo en este estado en forma permanente dada la realimentación hacia la compuerta IC1a. De esta manera, cada vez que se aplica alimentación, quedan inhabilitadas las zonas de disparo demoradas por el espacio de 20 segundos, ajustables a través de R7 y/o C3. Pasado el período inicial, en una entrada de IC4a habrá un “0” lógico y, en la otra, la tensión será fijada por los sensores. Mientras los sensores SW1 estén abiertos, en la otra entrada de IC4a habrá un “1” lógico fijado por R4 y R11pero, al cerrarse el sensor SW1, esta tensión cae abruptamente a “0”, con lo cual la salida en IC4a va al estado lógico “1” que se transmite a la entrada de IC4b a través del filtro que forman R1 y C1; precisamente, este filtro evita señales espúrias que podrían provocar disparos erráticos. Volviendo al estado que estamos analizando, con un “1” en la entrada de la compuerta IC4b se dispara el monoestable que forma esta compuerta con la IC4c y cuyo funcionamiento es similar al analizado con las compuertas IC1a e IC1b. Mientras se carga C2 a través de R5, la salida de la central no cambia (el transistor Q1 no cambia de estado, D4 permanece apagado y BZ1 no suena). Este tiempo se fijó en 20 segundos y está para permitir la desconexión de la central antes de que se active el sistema sonoro. Pasado este tiempo, se activa el monoestable formado por las compuertas IC1c e IC1d que hará saturar al transistor Q1 que activará el
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Figura 18 - Impreso sugerido para la central de alarma para auto.
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Figura 19 - Esquema de un fototransistor.
sistema de alerta (suena BZ1 que es un buzzer de 12V y se enciende D4). Note que para casos prácticos, cuando se desee activar una sirena o la bocina del auto, se puede colocar un relé, tal como se muestra en la figura 17. Este último monoestable permanecerá en estado alto durante un tiempo de 3 minutos aproximadamente, fijados por R3 y C5. O sea que la detección de un intruso hará funcionar el sistema de alerta durante 3 minutos; pasado este tiempo, el sistema vuelve a su estado normal en espera de una nueva interrupción en los sensores. La alimentación se efectúa con 12 volt, por lo que también puede emplearse en la protección de automóviles. Una vez conectados todos los componentes sobre la plaqueta e instalados los cables, revise cuidadosamente el armado tantas veces como sea necesario hasta estar seguro de no haber cometido equivocaciones; luego proceda a la prueba del equipo. Para ello aplíquele alimentación, deje pasar unos 30 segundos y conecte SW3 unos instantes: el LED se deberá encender y permanecerá así durante unos tres minutos. Apague el equipo, espere unos instantes y vuelva a encenderlo; antes de que transcurran 30 segundos conecte a masa el cable gris unos instantes y espere un minuto, no deberá suceder nada ya que la alarma temporiza su conexión para darle tiempo a retirarse del área protegida. Transcurrido el minuto, cierre unos instantes SW1y al cabo de 20 segundos se encenderá el LED indicando el disparo de la alarma. Tenga en cuenta que esos 20 segundos es el tiempo que Ud. tiene para desconectar el equipo al retornar al área protegida. Si como sistema de aviso desea colocar una sirena, bocina u otro aparato, conecte
la bocina de un relé de 12 volt y 220 ohm de impedancia (RL1), luego los contactos del relé úselos para activar dicho sistema de aviso. Si utiliza un relé del tipo MONICO 612, el mismo puede conectarse directamente en la plaqueta de circuito impreso. Tal como en los casos anteriores, primero el circuito se simuló en el programa Livewire y el archivo puede bajarlo para fines didácticos de nuestra web: www.webelectronica.com.mx, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave: “montdiscre”. El diagrama de circuito impreso que se muestra en la figura 18 se obtuvo con el programa PCB Wizard y el archivo también se puede bajar desde el mismo lugar. Cabe aclarar que también puede descargar un DEMO de los programas Livewire y PCB Wizard para poder realizar sus propias prácticas (si no posee dichos programas en su versión completa).
DETECTOR DE PROXIMIDAD Utilizando un par Tx y Rx por infrarrojos, un transistor MOSFET y un circuito integrado del tipo PLL, proponemos el armado de este circuito que, por su reducido tamaño y fácil montaje, puede ser utilizado en sistemas de robótica. El circuito es capaz de detectar un objeto debido a la captación de una señal infrarroja que emite el propio dispositivo y que rebota en dicho objeto. Es importante decir que todos los transistores son sensibles a la luz, pero los fototransitores están diseñados para aprovechar esta característica. Existen transistores FET (de efecto de campo), que son muy sensibles a la luz, pero encontramos que la mayoría de los fototransistores consisten en una unión npn con una región de base amplia y expuesta, como se muestra en la figura 19. Un fototransistor es una combinación integrada de fotodiodo y transistor bipolar NPN (sensible a la luz) donde la base recibe la radiación óptica. El funcionamiento de un fototransistor es el siguiente: al exponer el fototransistor a la luz, los fotones entran en contacto con la base del mismo, generando huecos y con ello una
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Figura 20 - Circuito eléctrico del detector de presencia.
corriente de base que hace que el transistor entre en la región activa, y se presente una corriente de colector a emisor. Es decir, los fotones en este caso, reemplazan la corriente de base que normalmente se aplica eléctricamente. Es por este motivo que a menudo el terminal correspondiente a la base está ausente del transistor. La característica más sobresaliente de un fototransistor es que permite detectar luz y amplificar mediante el uso de un sólo dispositivo. Los fototransistores se construyen con silicio o germanio, similarmente a cualquier tipo de transistor bipolar. Existen fototransistores NPN como PNP. Debido a que la radiación es la que dispara la base del transistor, y no una corriente aplicada eléctricamente, usualmente el terminal correspondiente a la base no se incluye en el fototransistor. El método de construcción es el denominado “de difusión” que básicamente consiste en que se utiliza silicio o germanio, así como gases que actúan como impurezas o dopantes. Por medio de la difusión, los gases dopantes penetran la superficie sólida del silicio. Encima de una superficie sobre la cual ya ha ocurrido la difusión, se pueden realizar difusiones posteriores, creando capas de dopantes en el material. La parte exterior del fototransistor está hecha de un
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material llamado epoxy, que es una resina que permite el ingreso de radiación hacia la base del transistor. Lista de materiales del circuito de la figura 20 IC1 - LM567 - Circuito integrado. D1 - CQX46 - Diodo infrarrojo. D2 - Diodo led de salida indicador de proximidad. Q1 - BPW42 - Fototransistor. Q2 - BC558 - Transistor PNP de uso general. Q3 - 2N2222A - Transistor NPN de uso general. R1 - 1kΩ R2 - 10kΩ R3 - 1kΩ R4 - 10kΩ R5 - 10kΩ R6 - 10kΩ C1 - 100nF - Cerámico. C2 - 100nF - Cerámico. C3 - 2,2µF - Electrólítico de baja tensión. C4 - 1µF - Electrolítico de baja tensión. Varios: Placa de circuito impreso, gabinete para montaje, conector para batería, lentes (ver texto), cables, estaño, etc.
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Figura 22 - Circuito impreso del detector de proximidad. Figura 21 - Decodificador de tono con LM567.
Los usos del circuito que proponemos son de lo más variados, desde colocarlo en la puerta de casa para evitar que gente se pare frente a ella sin necesidad, hasta colocarlo en la parte trasera y delantera de un auto para prevenir a otros conductores cuando se acercan demasiado al estacionar. El circuito se muestra en la figura 20 y su funcionamiento se basa en emitir una ráfaga de señales luminosas infrarrojas las cuales al rebotar contra un objeto cercano se reciben por otro componente. Al ser recibidas, el sistema detecta la proximidad de un objeto, con lo cual se acciona la salida. El circuito integrado LM567 es un detector de
tonos limitador de tensión que posee internamente un PLL (Phase Locked Loop) y un detector de fase en cuadratura el cual responde con un nivel lógico bajo cuando la señal de entrada al integrado coincide con la frecuencia central de enganche del PLL. En la figura 21 podemos observar una apliación típica del LM567 como decodificador de tono. Volviendo a nuestro detector, tanto el fotodiodo como el fototransistor deberán estar situados con unidades de enfoque adecuadas para mejorar el alcance. Estos componentes deben estar apareados, es decir, tienen que trabajar a la misma frecuencia y pueden ser de cualquier tipo que Ud. consiga. Con simples reflectores de LED's se pueden obtener alcances del orden de 2 metros. Con lentes convexas se pueden cubrir
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Figura 23 - Detector de rotura de vidrios.
distancias de cinco metros. Es conveniente sacrificar algo de rango pero colocar filtros UV y SUNLIGHT los cuales no dejan entrar al fototransistor (elemento receptor) los rayos del sol, de manera de tener buena sensibilidad en el sistema. La alimentación de este circuito debe ser de 9 volt. Para accionar circuitos externos bastará con reemplazar el LED y la resistencia de 470Ω por un relé del tipo para circuitos impresos (con el diodo de protección). Vea en la figura 22 una sugerencia para la placa de circuito impreso.
DETECTOR DE ROTURA DE VIDRIOS Proponemos el armado de un simple pero efectivo detector de intrusión por ruptura de paños vidriados en puertas, ventanas, claraboyas y otros elementos similares. El circuito es muy simple de montar y, básicamente, funciona en base al sonido que produce el estallido del cristal. Detector de rotura de vidrios es el nombre genérico de un dispositivo sensor de fractura, quiebre y caída de un paño vidriado, con componente sónico de impacto, que puede estar formado por varias unidades o bloques con diferentes principios de funcionamiento. Hay varios tipos de detectores de rotura de vidrios: a) "Detector de rotura de vidrios con contacto de mercurio": en este caso, dentro del dis-
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positivo detector existe un bulbo sellado al vacío que contiene dos delgadas varillas metálicas conductivas, cortocircuitadas por una pequeña gota de mercurio. Esta gota de mercurio salta de su asiento Lista de materiales del circuito de la figura 20 IQ1, Q2, - BC548 - Transistores de uso general. Q3 - MPSA13 - Transistor NPN darlington. D1 - Diodo zener de 10V x 1W. CN1 - Conector para micrófono Piezoeléctrico con su micrófono. CN2 - Salida del detector (se puede reemplazar R11 por un relé para impresos de 9V o 12V de bobina con su diodo de protección). R1 - 6,8kΩ R2, R3, R4, R6, R9 - 10kΩ R5 - 1MΩ R7, R10 - 1kΩ R8 - 2,2MΩ R12 - 100Ω R11 - 390kΩ C1, C2, C3 - 1nF - Cerámicos. C4, C10 - 47nF - Cerámicos. C5, C7 - 100nF - Cerámicos. C6, C8, C9 - 100µF - Electrolíticos de baja tensión. Varios: Placa de circuito impreso, gabinete para montaje, micrófono Piezoeléctrico, conectores, cables, estaño, etc.
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Proyectos de Alarma y Seguridad para el Auto vidrio se rompe y cae el pedazo de cristal arrastrando al detector consigo. b) "'Detector de rotura de vidrios piezoeléctrico"; este detector contiene un elemento resonante, sintonizado a una frecuencia de aproximadamente 2kHz que es la frecuencia generada por la rotura o el rayado del cristal en general. Este detector puede ser montado en cualquier posición sobre el vidrio y es por ello que lo elegimos para nuestro proyecto. El circuito es ideal para quienes han diseñado su propia alarma con µC o con lógica convencional y desean agregarle una prestación adicional. Consta de un micrófono, un filtro pasa altos y dos etapas amplificadoras, de las cuales la última trabaja en corte y saturación. El circuito del detector de rotura de vidrios se muestra en la figura 23. La señal captada por el micrófono de electret es fitrada por los cuatro capacitores en serie y sus resistores de bajada a masa, luego es amplificada por el primer transistor el cual entrega la señal a un potenciómetro que hace las veces de regulador de sensibilidad. Seguidamente un transistor eleva aún más el nivel de la señal que, por último ataca la base de un darlington (MPSA13) el cual corta o satura según la señal presente en su base. El diodo en la entrada impide que el circuito se destruya al invertir la polaridad de alimentación, mientras que el resistor de 100 ohm y el zener se encargan de bajar y regular la tensión a 10V. Figura 24 - Circuito impreso sugerido para el detector de Los capacitores periféricos a esos rotura de vidrios. componente filtran la alimentación natural, en presencia de un impacto fuerte sobre obtenida. Para el micrófono deberá emplear cable la superficie vidriada, interrumpiendo el circuito y mallado de audio, y su largo no debe superar los señalizando una alarma; lo mismo ocurrirá si el dos metros. ☺
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CAPÍTULO 5
Los inversores, es decir los dispositivos que permiten obtener una tensión alterna de 110V ó 110/220V / 50Hz ó 60Hz, partiendo de la tensión continua de una batería, son muy requeridos hoy en día ya que permiten alimentar todos los aparatos eléctricos que trabajan con tensión de la red eléctrica en caso de que sucedan fallos de suministro. Además, complementándolo con un cargador de baterías estaremos en posesión de un completo “grupo de continuidad”. También puede ser muy útil en una casa rodante o, por qué no, en el coche.
INVERSOR DE 12VCC A 110V/220V . 50HZ/60HZ
INTRODUCCIÓN La mayor parte de los dispositivos eléctricos que utilizamos en nuestra vida cotidiana están preparados, salvo alguna rara excepción, para ser alimentados con los 110V/110/220 volt en alterna proporcionados por la red. Esta consideración, tan obvia que casi puede parecer superflua, demuestra toda su consistencia cuando, por diferentes motivos, la tensión de red no está disponible. Quienes han sufrido las interrupciones en el suministro de energía eléctrica que se han producido en los pasados veranos, debido a la gran utilización de aparatos de aire acondicionado y a la mayor demanda de energía eléctrica, recordarán como la repentina falta de electricidad no ha sido
Este artículo se edita en el marco de colaboración entre Nueva Electrónica y Saber Electrónica. Mediante este acuerdo, los lectores de Saber Electrónica de América Latina tienen soporte técnico y comercial de los kits y demás productos ofrecidos por Nueva Electrónica (visite www.nuevaelectronica.com)
precisamente un suceso muy agradable. En efecto, en esos momentos dejaron de funcionar numerosas instalaciones de aire acondicionado y la mayoría de los electrodomésticos presentes dentro de las viviendas.
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Capítulo 5
Figura 1. Conectando el Inversor a una batería de coche y a un Cargador de baterías se obtiene un Grupo de continuidad (no breack) con el que se puede proteger vuestro ordenador personal de los problemas de suministro en la red eléctrica.
Con los televisores y las computadoras fuera de uso las noticias solo se pueden recibir en radios y televisores portátiles, que, gracias a que “si se alimentan” con pilas o baterías, siguen funcionando. Los afortunados que tuvieron a disposición un Inversor (Sistema de Alimentación Ininterrumpida o SAI), es decir un dispositivo capaz de convertir la tensión continua procedente de una batería en una tensión alterna de 110 volt ó 220 volt, apreciaron ciertamente las ventajas de un dispositivo que permite seguir desarrollando tranquilamente las actividades cotidianas. En caso de falla en el suministro eléctrico un aparato como este puede proporcionar interesantes prestaciones: - Garantiza la iluminación de los entornos principales de una vivienda, a través del uso de lámparas de neón o de lámparas de bajo consumo. - Permite el funcionamiento de una radio o de una pequeña televisión. - Permite trabajar con una computadora personal. Utilizando una batería común de plomo de 12 volt, como la instalada en los coches (ver figura 1), y complementando nuestro inversor con un Cargador de baterías, estaremos en posesión de un Grupo de continuidad (no breack) de bajo costo, que permite, entre otras aplicaciones, utilizar el ordenador personal aunque se produzcan interrupciones de suministro eléctrico. El inversor también puede ser muy útil para llevar la tensión alterna de 110/220 volt allí donde este no
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esté disponible, por ejemplo dentro de una vivienda en construcción, de una autocaravana, de una embarcación y, por qué no, del automóvil. Así, si os desplazáis mucho en coche por razones de trabajo, podréis utilizar cualquier dispositivo que funcione a 110V/220 volt conectando el inversor a la toma de 12 volt del mechero. Igualmente al salir de vacaciones en el coche con la familia podréis disfrutar del Inversor para cargar las baterías de los teléfonos móviles, videocámaras, cámaras fotográficas digitales, etc. En efecto, estos dispositivos suelen incluir un cargador de baterías que trabaja con la tensión de red. Una última aplicación que os sugerimos es la realización de una pequeña estación autónoma de alimentación a 110/220 volt para utilizar en todos aquellos lugares en los que esta tensión no llega fácilmente, utilizando una batería de coche. Por ejemplo, para quien disponga de una casa en plena montaña o desee utilizar sus electrodomésticos en una embarcación que no disponga de suministro eléctrico. Instalando un pequeño panel de células fotovoltaicas para recargar la batería durante los períodos de inactividad, dispondréis de un generador de corriente completamente autónomo (ver figura 2).
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO No todo el mundo conoce que gran parte de los inversores disponibles en el mercado, normalmente distribuidos como Sistemas de Alimentación
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Figura 2. Conectando un panel solar de células fotovoltaicas a un Control automático para cargadores de baterías se obtiene un Generador de corriente completamente autónomo que permite llevar la tensión de red allí donde no esté disponible.
Para realizar la aplicación mostrada en la figura 2 hay que preparar el Controlador para ser alimentado con la misma batería de 12V conectada al Inversor modificando el circuito como se indica aquí. La salida del relé se conecta en serie al panel fotovoltaico.
Ininterrumpida (SAI), no proporcionan en sus salidas ondas sinusoidales, como la proporcionada por la red eléctrica, sino ondas cuadradas modificadas (ver figura 3). De esta forma es mucho más sencilla, y barata, la realización del inversor, pero puede provocar en los instrumentos más sofisticados, como los ordenadores personales, algunos inconvenientes por la presencia de armónicas, pudiendo incluso llegar a dañar algún componente. El inversor que aquí presentamos ofrece en su salida una onda perfectamente sinusoidal y libre de armónicas. Este resultado se consigue explotando la función
PWM (Pulse Width Modulation) del microprocesador ST7 LITE, función que permite de generar un impulso de onda cuadrada de 5 volt de amplitud con un duty-cycle seleccionable. Para conseguir una perfecta onda sinusoidal en salida se parte tomando una sinusoide de 50 ó 60Hz y se subdivide en 256 puntos (ver figura 4). El valor de amplitud correspondiente a cada uno de los puntos de la sinusoide es almacenado dentro del microprocesador de forma que para cada punto genera un valor concreto de duty-cycle. De esta forma para cada uno de los 256 puntos el microprocesador genera un impulso de onda cuadrada cuyo duty-cycle tendrá una duración proporcional a la amplitud de la sinusoide en cada punto. Este muestreo de la sinusoide se realiza a una frecuencia de 12,8kHz. En efecto, si la frecuencia de la sinusoide es de 50Hz (por ejemplo) y queremos tomar 256 puntos, obtenemos que el valor de la frecuencia de muestreo tiene que ser igual a: Frecuencia = 50 Hz x 256 = 12.800Hz = 12,8kHz Para 60Hz también se puede hacer un cálculo similar, obteniendo una frecuencia de trabajo de 15360Hz. Los impulsos en forma de onda cuadrada generados por el microprocesador se envían a un circuito formado por 8 MOSFET de potencia (MOSPOWER) conectados en la clásica configuración de puente.
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Capítulo 5 Tienen la función de controlar el transformador para formar una perfecta sinusoide en la salida. Nuestro inversor está dotado de una completa serie de controles sobre la amplitud de la tensión en salida, sobre el valor de la corriente proporcionada a la carga, sobre la temperatura de funcionamiento de la etapa de potencia y sobre el estado de carga de la batería. El control de la tensión suministrada se realiza obteniendo una fracción del valor de pico de la sinusoide de salida y enviándola al Conversor A/D del micro. Si el valor de la tensión está por debajo o por encima del nivel establecido el microprocesador modifica los impulsos generados aumentando o reduciendo el dutycycle de forma que el valor de la tensión en salida vuelve al valor establecido (+/8%). Este control permite mantener el valor de la tensión de salida dentro de un +/- 8% aunque varíe la absorción de corriente de la carga o el estado de carga de la batería. El control de la corriente suministrada en salida se efectúa conectando en serie a la carga la espira de un pequeño transformador (T2) en cuyo secundario se obtiene una tensión proporcional a la corriente que le atraviesa. Esta tensión es mandada al terminal Current Loop del micro, que interviene desconectando el inversor en cuanto la corriente supera el valor máximo permitido. El control de la temperatura es realizado por una NTC conectada a las aletas de disipación de los MOSFET de potencia, mientras que el control del estado de la batería se realiza monitorizando la tensión presente en sus contactos. Cualquier anomalía que se produzca es señalada mediante la activación de un zumbador acústico y por el encendido de los diodos LED correspondientes.
Figura 3. La mayoría de los inversores disponibles en el mercado no proporcionan una onda sinusoidal sino una onda cuadrada modificada como la que se muestra aquí.
IR.2111 (Drivers lineales de alta tensión), después de atravesar por un lado los dos inversores IC1/E e IC1/D y por otro el inversor IC1/F. De esta forma el control se realiza en contrafase, es decir mediante dos señales de onda cuadrada desfasadas 180° entre sí. Los dos integrados IC5 e IC6 controlan los ocho MOSFET de potencia MFT1-2-3-4-5-6-7-8, conectados en la clásica configuración de puente. Además, para soportar mejor el elevado valor de corriente que precisa el inversor a máxima potencia, los 8 MOSFET están conectados en paralelo dos a dos, de tal modo que forman realmente 4 pares. La señal de onda cuadrada aplicada a los terminales 2 de IC5 e IC6 produce en sus terminales de salida 7 y 4 niveles lógicos 1 y 0. Cuando la señal en el terminal 2 es 0, el terminal 7 tiene un nivel lógico 1 y el terminal 4 tiene un nivel lógico 0, mientras que cuando la señal en el terminal 2 es 1 en el terminal 7 hay un nivel lógico 0 y en el terminal 4 hay un nivel lógico 1.
ESQUEMA ELÉCTRICO En la figura 5 se muestra el esquema eléctrico del inversor. El corazón del sistema está constituido por el microprocesador ST7 LITE (IC2), que, partiendo de los 256 valores contenidos en su memoria, procede a generar impulsos PWM, cada uno caracterizado por un preciso valor de duty-cycle para construir una perfecta sinusoide en la salida. Estos impulsos, obtenidos del terminal 10 de IC2, son mandados a los integrados IC5 e IC6, dos
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Figura 4. Para obtener en la salida una perfecta onda sinusoidal se comienza dividiendo la sinusoide en 256 puntos. A cada punto le corresponde un impulso con un valor concreto de duty-cycle. Como ejemplo en esta figura se representan los valores de duty-cycle correspondientes al nivel máximo, al cero y al nivel mínimo de tensión.
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Figura 5. Esquema eléctrico del Inversor LX.1640. La lista de los componentes está reproducida en la página 12.
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Capítulo 5 Figura 6. Conexiones de los integrados 7406 y LM358, vistas desde arriba, y del transistor ZTX753, vistas desde abajo. Las conexiones del MOSFET IRFZ44 y del integrado L7805 se muestran vistas frontalmente. En la parte inferior se muestra el esquema de bloques y las conexiones, vistas desde arriba, del integrado IR2111, así como las conexiones de la CPU programada EP1640.
Para comprender mejor el funcionamiento del puente se pueden consultar las figuras 7 y 8 en las que se muestran los dos ciclos fundamentales de su funcionamiento. En el primer ciclo, cuando en el terminal 10 de IC2 hay un nivel lógico 0, las parejas de MOSFET MFT1/MFT2 y MFT7/MFT8 se ponen en conducción. La corriente circula por el primario del transformador en el sentido indicado en la figura 7. En el segundo ciclo, cuando en el terminal 10 de IC2 hay un nivel lógico 1, las parejas de MOSFET MFT3/MFT4 y MFT5/MFT6 se ponen en conducción. La corriente circula por el primario del transformador en el sentido opuesto al anterior (ver figura 8). De esta forma, a cada señal PWM procedente del micro, incluida entre 0 y 5 volt, se produce en los dos puntos centrales del puente (entre el terminal 6 de IC5 y el terminal 6 de IC6) un impulso de onda cuadrada cuya amplitud está comprendida entre +12 y -12 volt, como se puede observar en la figura 9. El valor de tensión de cada uno de estos impulsos únicamente depende del valor del duty-cycle de los impulsos PWM. Como se puede observar en la figura 9, comienza desde un mínimo de unos -12 volt para un dutycycle de 1%, tiene un valor de 0 volt para un duty-cycle del 50% y llega casi a +12 volt para un duty-cycle del 99%. Las dos impedancias Z1 y Z2 constituyen un filtro pasobajo y tienen la función de dejar pasar el valor medio de cada impulso, construyendo de esta forma una perfecta onda sinusoidal con una amplitud de 6 volt eficaces que es mandada al primario del transformador toroidal T1 para convertirla en una tensión sinusoidal de 110/220 volt. En el secundario del transformador T1 está conectado el condensador de poliéster C6 (1 micro-
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faradio). Este componente tiene la función de eliminar los restos del muestreo de 12,8kHz para que en la salida únicamente se encuentre una perfecta onda sinusoidal. Como ya hemos adelantado, el inversor dispone de las siguientes funciones de control: - Control de la tensión de salida. - Control de la corriente de carga. - Control de la temperatura de los MOSFET. - Control del estado de carga de la batería. El control de la estabilidad de la tensión de salida se realiza tomando la tensión alterna presente en los contactos del secundario del transformador T1 y rectificándola mediante el puente RS1. La tensión obtenida, oportunamente reducida por el divisor formado por R17 y R15, se aplica a la entrada inversora del amplificador operacional IC3/A, que presenta una ganancia inferior a 1. De esta forma en el terminal 5 del microprocesador IC2 se consigue una tensión rectificada a doble semionda cuyo valor de pico es de 2,5 volt cuando la tensión en la salida del inversor es de 110/220 volt. Nota: Hay que precisar que el valor de 110/220 volt de la tensión nominal de salida es aproximado. Este valor puede variar a causa de las inevitables tolerancias de los componentes. Esta tensión de 2,5 volt de pico es constantemente monitorizada por el microprocesador. Si, por cualquier razón, la tensión en la salida varía dentro de un intervalo del +/- 8% el micro procede instantáneamente a modificar su duty-cycle para que el valor
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LISTA DE COMPONENTES LX.1640 - LX.1640A/B R1 = 1.000 ohm R2 = 1.000 ohm R3 = 1.000 ohm R4 = 1.000 ohm R5 = 4.700 ohm R6 = 10 ohm R7 = 1.000 ohm R8 = 47.000 ohm R9 = 22.000 ohm R10 = 1.000 ohm R11 = 4.700 ohm R12 = 1.000 ohm R13 = 18.000 ohm R14 = 18.000 ohm R15 = 2,2 megaohm R16 = 2,2 megaohm R17 = 470.000 ohm R18 = 10 ohm R19 = 4.700 ohm R20 = 1.000 ohm R21 = 560 ohm R22 = 1.000 ohm R23 = 1.000 ohm R24 = 33.000 ohm R25 = 2.200 ohm R26 = 1.000 ohm R27 = 1.000 ohm R28 = 4.700 ohm R29 = 4.700 ohm R30 = 1.000 ohm
R31 = 1.000 ohm R32 = 4.700 ohm R33 = 10 ohm (*) R34 = 10 ohm (*) R35 = 10 ohm (*) R36 = 10 ohm (*) R37 = 10 ohm (*) R38 = 10 ohm (*) R39 = 10 ohm (*) R40 = 10 ohm (*) R41 = 4.700 ohm (*) R42 = 10 ohm 1/2 watt NTC1 = 2.200 ohm C1 = 100.000pF poliéster C2 = 100.000pF poliéster C3 = 100.000pF poliéster C4 = 10 microF. electrolítico C5 = 100.000pF poliéster C6 = 1µF poliéster 630V C7 = 100.000pF poliéster 1.000V C8 = 100.000pF poliéster 1.000V C9 = 100.000pF poliéster C10 = 10µF electrolítico C11 = 100.000pF poliéster C12 = 100µF electrolítico C13 = 10µF electrolítico C14 = 47µF electrolítico (*) C15 = 470.000pF poliéster (*) C16 = 2.200µF electrolítico (*) C17 = 100.000pF poliéster (*)
C18 = 4.700µF electrolítico C19 = 2.200µF electrolítico (*) C20 = 100.000pF poliéster (*) C21 = 470.000pF poliéster (*) C22 = 47µF electrolítico (*) C23 = 100µF electrolítico C24 = 100µF electrolítico Z1 = Impedancia 32,5µH (VK1640) Z2 = Impedancia 32,5µH (VK1640) RS1 = Puente rectificador 100V 1A DS1 = Diodo 1N4148 DS2 = Diodo 1N4148 DS3 = Diodo 1N4148 DS4 = Diodo schottky BYV36 DS5 = Diodo schottky BYV36 DL1-DL4 = Diodos LED TR1 = Transistor PNP ZTX753 MFT1-MFT8 = MOSFET IRFZ44 IC1 = Integrado TTL 7406 IC2 = CPU programada EP1640 IC3 = Integrado LM358 IC4 = Integrado LM358 IC5 = Integrado IR2111 IC6 = Integrado IR2111 IC7 = Integrado L7805 F1 = Fusible 30A T1 = Trasformador 110V/220V a 6V 40A T2 = Trasformador modelo TM1640 S1 = Interruptor Zumbador = 12 volt
NOTA: Todos los componentes marcados con un asterisco (*) deben montarse en los circuitos impresos LX.1640/A y LX.1640/B. de la tensión en la salida vuelva a su valor nominal. El control de la corriente máxima que puede atravesar la carga se realiza utilizando un sensor de corriente constituido por un transformador (T2) cuyo primario está formado por una única espira conectada en serie a la carga, y cuyo secundario está conectado a la entrada no inversora del operacional IC3-B. La salida de este amplificador está conectada al comparador formado por los dos operacionales IC4/A e IC4/B. En condiciones normales de funcionamiento la salida del comparador está a nivel lógico 0. Ahora bien, en cuanto se produce una sobrecarga la tensión producida por el transformador T2 y ampli-
ficada por el operacional IC3-B provoca que la salida del comparador pase a nivel lógico 1. Dado que el microprocesador IC2 recibe en su terminal 2 la señal procedente del comparador, genera en su terminal 13 un nivel lógico 0 que, mediante el inversor IC1/C, pone en corte al transistor TR1. Este transistor, conectado al terminal 1 de los integrados IC5 e IC6, procede a deshabilitar el circuito de potencia, llevando a 0 la tensión de salida del inversor. Al mismo tiempo la sobrecarga de corriente se señala mediante el encendido del diodo LED OVERLOAD conectado al terminal 9 de IC2. El inversor también se apaga en el caso de que se pro-
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Capítulo 5 Figura 7. La señal PWM presente en el terminal 10 de IC2 se aplica, desfasada 180°, a los dos integrados IC5-IC6 que proceden a controlar alternativamente dos de las cuatro parejas de MOSPOWER. En el primero de los dos ciclos la señal PWM está a nivel lógico 0. En estas condiciones la tensión de los 12 voltios, pasando por la pareja de MOSFET MFT1/MFT2, alcanza al primario del transformador T1 descargándose a masa a través de la pareja de MOSFET MFT7/MFT8.
Figura 8. En el ciclo siguiente la señal PWM pasa a nivel lógico 1. La tensión de 12 voltios atr viesa la pareja de MOSFET MFT5/MFT6 y es aplicada, en sentido opuesto al precedente, al primario del transformador T1, por lo tanto se descarga a masa a través de la pareja de MOSFET MFT3/MFT4. La inversión de polaridad de la tensión en el primario del transformador T1 permite obtener una tensión alterna en la salida utilizando un transformador desprovisto de 0 central.
duzca una alarma de temperatura o de que no haya una tensión adecuada en la batería. De forma simultánea se enciende el diodo LED correspondiente y el zumbador CP1 suena. Nota: El encendido de los diodos LED y el sonido permanecen aunque la condición que ha dado origen a la alarma desaparezca. Para resetear las alarmas no es suficiente con apagar el inversor con el botón de encendido POWER, es necesario desconectarlo de la batería y volver a conectarlo.
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El control de la temperatura de trabajo de los MOSFET de potencia se realiza mediante NTC1, componente situado sobre una aleta de refrigeración y conectado al terminal 3 del microprocesador IC2. Si la temperatura tomada por la NTC tiende a crecer a un valor 50-60 °C el diodo LED OVERTEMP se pone a parpadear, señalando de este modo un primer nivel de alarma. En este momento el circuito de potencia no está deshabilitado todavía. En caso de que la temperatura baje, el diodo LED deja de parpadear y el inver-
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Inversor de 12Vcc a 110V/220V - 50Hz/60Hz Figura 9. En esta figura se representan tres valores de duty-cycle (1%50%-99%), la señal PWM correspondiente generada por el microprocesador y, en la parte inferior, los correspondientes valores de tensión presentes entre el terminal 6 de IC5 y el terminal 6 de IC6. Como se puede observar, a un valor de duty-cycle de un 1% le corresponde un valor medio de tensión (VM) negativo de unos -12 volt. A un duty-cycle del 50% le corresponde un valor medio de tensión igual a 0, mientras que a un duty-cycle del 99% le corresponde un valor medio de tensión de unos +12 volt.
sor vuelve a su funcionamiento normal. En cambio, si la temperatura sube por encima de los 60 °C se desactiva el circuito de potencia y se enciende el diodo LED OVERTEMP. La monitorización de la tensión de la batería se
realiza obteniendo la tensión en sus contactos mediante el divisor formado por las resistencias R7R8-R9 y conectándolo al terminal 4 de IC2. La alarma se activa cuando la tensión de la batería supera los 15 volt o cae por debajo de los 10,5
Figura 10. Esquema práctico de montaje de la tarjeta base del Inversor LX.1640. Como se puede observar en la parte superior, entre los dos dobles conectores faston macho utilizados para la conexión a la batería de 12 volt se encuentra el zócalo portafusibles en el que se ha de instalar el fusible de 30 ampere incluido en el kit.
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Capítulo 5 volt, señalándose mediante el diodo LED LOW BATT (DL2). La alimentación de los MOSFET de potencia y de los integrados IC3, IC4, IC5 e IC6 se realiza utilizando directamente los +12 volt de la batería, mientras que los +5 volt necesarios para la alimentación del micro IC2 y del integrado IC1 se obtienen a través de un regulador de tensión L7805 (IC7).
MONTAJE DEL INVERSOR Aunque en un primer momento puede parecer difícil, el montaje de este circuito no Fig.11 Esquema práctico de montaje de las tarjetas LX.1640/A y LX.1640/B que, como se presenta ninguna dificultad si puede apreciar, son simétricas. Los 8 MOSFET y las 2 impedancias Z1 y Z2 se han de monse realiza el montaje con las tar teniendo presentes las indicaciones del artículo. indicaciones que exponemos a continuación. En cuanto al gran condensador electrolítico C18 El inversor utiliza tres circuitos impresos, es recomendable montarlo en horizontal doblando LX.1640, LX.1640/A y LX.1640/B, todos de doble adecuadamente sus terminales (vea la figura 10). cara con taladros metalizados. Ahora hay que instalar el transistor TR1, un Comenzamos la descripción con el circuito ZTX753, orientando la parte plana de su cuerpo impreso LX.1640 (vea la figura 10), cuyo montaje hacia el condensador C13 y, a continuación, el intepuede empezar con la instalación de los zócalos grado IC7, orientando hacia el exterior el lado metápara los circuitos integrados IC1-IC2-C3-IC4. lico de su cuerpo. A continuación hay que realizar el montaje de las Para el montaje del transformador T2 no hay que resistencias, todas de 1/4 de watt a excepción de tomar ninguna precaución especial, ya que sus cuaR42 (10 ohm 1/2 watt), identificando el valor de cada tro terminales están dispuestos de tal modo que solo una de ellas a través de las franjas de colores presentes sobre sus cuerpos. El montaje puede continuar con la instalación de los diodos DS1, DS2 y DS3, orientando la franja negra presente sobre sus cuerpos tal y como se indica en la figura 10. Es el momento de realizar el montaje de los condensadores de poliéster y de los condensadores electrolíticos, respetando en estos últimos la polaridad de sus terminales (el polo positivo Figura 12. Representación esquemática del montaje de los MOSFET y de la NTC en la aleta del mueble. Entre cada MOSFET y la aleta hay que instalar micas aislantes, que corresponde al terminal más como todos los componentes, se encuentran en el kit. largo).
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Inversor de 12Vcc a 110V/220V - 50Hz/60Hz pequeño zócalo o base portafusibiles en el que tendrá que insertar el fusible F1 de 30 ampere (vea la figura 10). A continuación hay que realizar el montaje de la clema M2, a la que se han de conectar los 3 cables para la toma de salida de 110/220 volt, los cuatro conectores faston macho en L, necesarios para la conexión a los dos circuitos impresos LX.1640/A y LX.1640/B, y los dos dobles conectores faston macho, necesarios para la conexión a la batería de 12 volt Figura 13. A la izquierda, detalle del montaje del MOSFET en la aleta del mueble. Una vez (vea la figura 10). Llegado este realizada esta operación hay que introducir sus terminales en los agujeros presentes en los punto hay que instalar los termicircuitos impresos LX.1640/A y LX.1640/B. Para realizar correctamente las siguientes fases nales tipo pin utilizados para del montaje de estos componentes hay que leer detenidamente el texto del artículo. efectuar las conexiones a los se puede instalar en una única posición. Acto componentes exteriores, tal y como se muestra en la seguido hay que montar el puente rectificador RS1, figura 10. teniendo cuidado en respetar la polaridad de sus terPor último solo hay que introducir, en sus corresminales +/, y el zumbador, orientando su terminal pondientes zócalos, los integrados IC1- IC2-IC3 IC4, positivo hacia el integrado IC4. teniendo cuidado en orientar sus muescas de refeAhora hay que instalar la barra o clema de conerencia tal y como se indica en la figura 10, prestando xión M1 para el secundario del transformador T1 y el mucha atención para no deteriorar ningún terminal.
Figura 14 En esta fotografía se reproduce el circuito impreso base del Inversor LX.1640 con todos sus componentes montados. En la parte central se encuentra el transformador T2 utilizado para medir la corriente de salida. En la parte superior se puede observar el gran condensador electrolítico montado en horizontal después de haber doblado sus terminales en forma de L.
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Capítulo 5 Nota: Es aconsejable posponer el montaje de los 4 diodos LED para la fase de montaje en el mueble (ver párrafo correspondiente). Después de haber realizado el montaje del circuito LX.1640 hay que montar los dos circuitos LX.1640/A y LX.1640/B (vea la figura 11). Al tratarse de dos circuitos simétricos nos limitaremos a la descripción del montaje de uno de ellos. Comenzando, por ejemplo, con el circuito impreso LX.1640/A, hay que montar el zócalo para el circuito integrado IC5. A continuación se pueden instalar las resistencias de 1/4 de watt, los condensadores de poliéster y los condensadores electrolíticos, respetando en estos últimos su polaridad, tal y como se muestra en la figura 11. Ahora hay que montar el diodo Figura 15. Fotografía de los circuitos impresos LX.1640/A y LX.1640/B con todos schottky DS4, orientando hacia los sus componentes montados. Como se puede apreciar en el centro de ambos MOSFET la franja negra serigraimpresos se encuentran los emplazamientos reservados para el montaje de las fiada sobre su cuerpo, y los dos impedancias Z1 y Z2 y para la conexión del primario del transformador T1. conectores faston. El montaje de plástico sobre las que se apoyará el transformador, este circuito impreso se completa introduciendo, en orientándolo de modo que los cables del primario y su correspondiente zócalo, el integrado IC5, orientando su muesca de referencia en forma U tal y como se indica en la figura 11. Nota: La descripción del montaje de los 8 MOSFET y de las 2 impedancias queda pospuesta hasta el párrafo correspondiente.
MONTAJE DEL TRANSFORMADOR T1 Una vez completado el montaje de los componentes de los tres circuitos impresos hay que proceder a fijar el transformador toroidal T1. Para empezar hay que insertar, en el agujero correspondiente, el perno incluido en el kit. A continuación hay que poner en el fondo del contenedor una de las dos arandelas de
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Figura 16. Aspecto del circuito LX.1640/B una vez fijados los MOSFET a la aleta de refrigeración y realizado el montaje de todos sus componentes.
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Figura 17. Fotografía del interior del mueble. En el centro se encuentra el gran transformador toroidal T1. Los cables del primario de este transformador se conectan a los agujeros reservados a tal fin en los circuitos impresos LX.1640/A y LX.1640/B. Los cables del secundario, bastante más finos, se conectan a la clema M1 del circuito base LX.1640, que en esta fotografía todavía no está instalado (vea la parte derecha de la Figura 10).
del secundario salgan hacia la parte frontal del mueble contenedor (vea la figura 17). Para completar la operación de fijación, después de introducir el transformador en el perno hay que insertar la segunda arandela de plástico encima del cuerpo del transformador y poner la tuerca correspondiente.
MONTAJE DE LAS ALETAS DISIPADORAS, MOSFET, NTC E IMPEDANCIAS En esta fase del montaje subrayamos la importancia de realizar con la máxima atención las soldaduras de los componentes que tienen que soportar corrientes elevadas, como los MOSFET de potencia, las impedancias y el transformador. Sobre las dos aletas de refrigeración hay que fijar los 8 MOSFET de potencia, realizando una aislación eléctrica utilizando las micas aislantes inclui-
das en el kit. Como se muestra en la figura 12, en cada agujero de fijación hay que instalar una pequeña arandela aislante que tiene la función de mantener aislado el cuerpo del MOSFET de la aleta. Llegado este punto es muy importante controlar con un téster o multímetro, predispuesto en medida de resistencia, que el cuerpo de cada MOSFET esté perfectamente aislado de la aleta de refrigeración ya que, en caso contrario, el circuito no funcionará. Antes de completar la fijación de los MOSFET en la aleta es aconsejable alinear sus terminales en los correspondientes agujeros metalizados de las tarjetas LX.1640/A y LX.1640/B (mire la figura 13). Ahora se puede proceder a fijar las aletas, cada una con su circuito impreso correspondiente, en el fondo del mueble contenedor a través de los tornillos metálicos y de las dos parejas de separadores de 20 mm en los agujeros predispuestos en los circuitos LX.1640/A y LX.1640/B (mire las figuras 13 y 16). Una vez introducidos los terminales de los 8
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Capítulo 5 MOSFET en los correspondientes agujeros metalizados de los circuitos LX.1640/A y LX.1640/B hay que completar el posicionamiento de los dos circuitos impresos fijando los separadores de 20 mm en los agujeros predispuestos en el fondo del mueble contenedor. Hay que fijar temporalmente los MOSFET al circuito impreso soldando un único terminal de cada MOSFET por el lado de los componentes. Hecho esto hay que quitar de nuevo los tornillos de fijación de cada aleta de refrigeración y los cuatro tornillos de fijación de los separadores de 20 mm, de modo que quede liberado el conjunto formado por la aleta y por el correspondiente circuito impreso. De esta forma, dando la vuelta a cada uno de los circuitos impresos LX.1640/A y LX.1640/B, se pueden realizar las soldaduras por el lado de las pistas con el suficiente estaño y calidad para que el circuito funcione correctamente. Ahora hay que coger la NTC y atornillarla a fondo en el agujero presente en el centro de la aleta situada en el lado derecho del mueble. Por último se han de soldar las impedancias Z1 y Z2, primero por el lado de los componentes y luego por el lado de las pistas de cobre.
MONTAJE EN EL GABINETE La primera fase del montaje consiste en la fijación definitiva, en el fondo del mueble, de las aletas de refrigeración con sus circuitos impresos (LX.1640/A y LX.1640/B) utilizando los tornillos metálicos y los separadores de 20 mm. Ahora hay que localizar los 2 cables de sección mayor del transformador T1 (primario) y, una vez peladas las puntas, introducirlas en agujeros correspondientes de los circuitos impresos LX.1640/A y LX.1640/B (figura 17). A continuación hay que soldarlos, reforzando las soldaduras con bastante estaño. Es el momento de fijar la tarjeta LX.1640. Para realizar esta operación hay que utilizar 8 separadores hexagonales de 30 mm que deben unirse dos a dos para formar 4 separadores de 60 mm (figura 18). Seguidamente hay que instalar los separadores en los agujeros correspondientes de la tarjeta LX.1640, fijándolos con las correspondientes tuercas metálicas. A continuación ya se pueden fijar los tornillos incluidos en el kit. Ahora hay que proceder con el panel posterior e introducir, en los agujeros correspondientes, los dos
Figura 18. Vista frontal del interior del mueble en la que se pueden observar los tres circuitos impresos y el transformador T1. El circuito impreso base se fija mediante separadores hexagonales de 30 mm unidos dos a dos para sustentar el impreso a la altura adecuada, justo por encima del transformador T1.
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Inversor de 12Vcc a 110V/220V - 50Hz/60Hz pasacables de goma. El montaje del mueble se ha de realizar teniendo cuidado en hacer salir los cables con los dos dobles conectores faston para la conexión de la batería. Antes de fijar el panel frontal del mueble hay que montar, a presión, la toma de salida de 110/220 volt (OUTPUT) y el interruptor de encendido POWER (S1). La conexión de los cables de estos componentes al circuito LX.1640 se muestra en la figura 20. A continuación hay que proceder al montaje, en el circuito impreso LX.1640, del diodo LED verde de encendido (DL1) y de los tres diodos LED rojos (DL2-DL3-DL4), respetando la polaridad de sus terminales. Para realizar esta operación hay que dejar los terminales con la longitud adecuada para se puedan doblar en forma de L e introducirlos en los agujeros correspondientes del panel. Solamente llegado este punto hay que fijar, mediante los tornillos adecuados, el panel a las aletas del gabinete o mueble y efectuar, a continuación, todas las conexiones indicadas en las figuras 10 y 20. Los cables procedentes del interruptor de encen-
Figura 19. En esta figura se representan en secuencia las operaciones necesarias para realizar las dos parejas de cables dotados con conectores faston hembra utilizados para realizar las conexiones entre la tarjeta LX.1640 y las tarjetas LX.1640/A - LX.1640/B. Siguiendo las instrucciones descritas en el texto del artículo esta operación se realiza sin ninguna dificultad.
dido S1 se conectan a los correspondientes terminales tipo pin, mientras que los 3 cables procedentes de la toma de salida de 110/220 volt se conectan a la barra, bornera o clema de 3 polos presente en el lado izquierdo del circuito (M2), teniendo mucho cuidado en no intercambiarlos. La fase siguiente del montaje consiste en conexión de las dos parejas de cables marcados con los números 1 y 2 a los correspondientes terminales tipo pin de las tarjetas LX.1640/A y LX.1640/B y de la NTC instalada en la aleta de derecha (ver Fig.10), teniendo presente que este componente no tiene polaridad, por lo que sus terminales pueden conectarse en cualquier sentido. Ahora se han de conectar los dos cables del secundario del transformador a la clema de 2 polos situada a la derecha del circuito impreso (M1). El paso siguiente es la realización de las dos parejas de cables dotados de terminales faston hembra que se utilizarán para las conexiones entre la tarjeta LX.1640 y las tarjetas LX.1640/A y LX.1640/B. En el kit se proporcionan cables rojos y negros de 2,5 metros de longitud y 3 mm de diámetro para realizar estas conexiones y la de la batería. Del cable incluido en el kit hay que cortar trozos de 15 cm y montar los conectores faston. En la figura 19 hemos representado las diferentes fases de esta operación. En primer lugar hay que pelar los cables con cuidado, de forma que quede cobre desnudo suficiente para alojarlos en los faston. A continuación, después de haber insertado el cobre trenzado en las estrías de los faston, hay que crimparlos, doblando los bordes de los faston sobre los cables y apretándolos con fuerza (si se quiere también se pueden soldar, no utilizando mucho estaño para poder montar las capuchas de plástico en los conectores). Después de montar las capuchas de plástico en la parte anterior de los faston (figura 19) ya se pueden enchufar los cables en los diferentes conectores faston en L situados en los circuitos impresos, teniendo mucho cuidado con respetar el orden de conexionado, tal y como se indica en la figura 10. Utilizando el mismo procedimiento hay que realizar dos parejas de cables más, necesarios para efectuar la conexión entre el inversor y la batería. Hemos previsto la utilización de dos cables dobles de 3 mm de sección cada uno, ya que la potencia de salida del inversor (200 watt) demanda de la batería una corriente que puede llegar a 20 Amperios. El montaje del inversor ha concluido.
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Capítulo 5
Figura 20. En esta fotografía se muestra el interior del mueble una vez realizadas las conexiones entre todos los componentes. En el panel posterior se pueden apreciar las dos gomas pasacables por donde se han de hacer pasar los cables con los dobles conectores faston utilizados para la conexión a la batería de 12 volt.
¡MUCHA ATENCIÓN! En la red eléctrica el terminal de tierra suele estar conectado a un circuito de protección diferencial ante cortocircuitos. Puesto que el inversor no está conectado a la red eléctrica esta protección no se utiliza. Hay que tener mucho cuidado para nunca poner en contacto los terminales de la toma de salida de 110/220 volt. Es recomendable que antes de conectar cualquier carga en la salida se verifique, con un téster, que la tensión proporcionada en la salida está comprendida entre 110/220 volt+/- 8%, confirmando también de esta forma que el montaje ha sido realizado correctamente.
COSTO DEL PROYECTO Nueva Electrónica comercializa el LX.1640: El costo de todos los componentes necesarios para la
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realización de la etapa base del Inversor (figura 10) y de las dos tarjetas LX.1640/A y LX.1640/B (figura 11), incluyendo los circuitos impresos, las 2 impedancias VK1640, la NTC, el transformador TM1640 y 8 MOSFET IRFZ44 es de aproximadamente $2700 M.N. (unos 220 dólares). TT25.01: El precio del transformador toroidal es de aproximadamente $900 M.N. (80 dólares). MO.1640: El precio del gabinete con los paneles frontal y trasero perforados y serigrafiados, incluyendo 2 aletas de refrigeración es del orden de los $1000 M.N. (85 dólares). LX.1640: Circuito impreso: $320 M.N. LX.1640/A: Circuito impreso: $110 M.N. LX.1640/B: Circuito impreso: $110 M.N. Puede solicitarlos directamente ingresando a la página de Nueva Electrónica (www.nuevalectronica.com) y ellos lo envían a cualquier ciudad de América Latina, brindando el soporte a todos los lectores de nuestra querida revista.
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