Uno de los problemas de la electrónica actual es la disponibilidad de componentes que puedan operar con tensiones muy bajas en el rango de 1,1 a 1,5 V. En esta categoría se incluyen los circuitos integrados que accionan LED o bocina en equipos alimentados por batería. Afortunadamente, en los proyectos que involucran tensiones muy bajas de baterías o fuentes alternativas, podemos contar con un circuito integrado muy útil. Es justamente de él que trataremos en este artículo, el LM3909.
Para encender un LED rojo, que es el tipo que necesita tensión más baja, del orden de 1,6 V, tenemos problemas si usamos una sola pila, ya que sólo proporciona 1,5 V y más, si se utiliza una foto- la célula o la fuente de tensión más baja todavía.
Esto dificulta el uso de los LED en circuitos de baja tensión, ya que necesitará una tensión mayor.
Con el fin de operar en una banda muy amplia de tensiones de 1,1 V hasta mucho más con el uso de circuitos reductores, accionando indicadores como LED y buzzers, National Semiconductor, ahora empresa del grupo de Texas Instruments (www.ti.com) tiene en su línea de productos el circuito integrado LM3909 que el componente abordado en este artículo.
El LM3909 consiste en un flasher o pulsador, oscilador o alarma que opera con tensiones muy bajas y un consumo igualmente muy bajo.
Este componente se presenta en envoltorio DIL de 8 patillas, lo que facilita enormemente su uso en proyectos comunes sin la necesidad de características especiales de montaje.
En la figura 1 tenemos los pinos de este circuito integrado.
La configuración interna de este circuito integrado se muestra en la figura 2.
La configuración interna de este componente se hace de tal manera que posibilite combinaciones de conexiones externas de muchas maneras diferentes, según la modalidad de funcionamiento deseada.
En realidad, la disposición de los componentes internos equivalentes es tal que hace el componente muy difícil de ser destruido en pruebas de circuitos experimentales, lo que es muy interesante para el experimentador.
Lo que el circuito hace es pulsar la tensión de salida a través de un sistema que dobla la tensión, para obtener más de 2 V cuando, por ejemplo, usamos el circuito para alimentar un LED.
En la figura 3 mostramos lo que ocurre en el funcionamiento de este circuito, cuando genera una señal de muy corta duración lo que resulta en un consumo extremadamente bajo de energía.
Alimentando continuamente el LED con una corriente de 10 mA limitada apena por un resiste, teniendo en cuenta que la suministrada V tendrá una potencia continua de 3 x 10 = 30 mW.
Sin embargo, si el ciclo activo es tal que en los intermitentes el LED se ilumina por sólo el 10% del tiempo, la corriente media se reducirá a sólo 1 mA.
En este caso, con una tensión de 3 V, la potencia requerida de la fuente será de sólo 1 x 3 = 3 mW, es decir, 10 veces menos.
Por supuesto, esto hará que la batería dure 10 veces más.
Como funciona
Las explicaciones que damos a continuación se basan en el circuito interno equivalente de la figura 2.
Con la alimentación de 1,5 V establecida en el pino 5, la corriente fluirá por los resistores de 1k y 6k pasando por el emisor de Q1.
Esta corriente será amplificada por Q2 y llevada a la base de Q3.
Con la conducción de Q3 el transistor Q4 se polariza en el corte y con eso también Q1.
Esta realmente negativa hace que la corriente de Q1 tienda a disminuir en los resistores de tiempo y transistores de potencia, hasta que un punto de equilibrio sea alcanzado.
Este equilibrio ocurre cuando la tensión en el colector de Q3 es de aproximadamente 0,5 V y la base de Q4 está alrededor de 1 V y aún hay una pequeña tensión entre el pino 8 y la tierra (0V).
La diferencia entre las dos primeras tensiones citadas [es la caída de tensión base-emisor de Q1 y 2/3 de la caída de tensión base-emisor de Q4, fijada por el divisor de tensión de altos valores entre su base y el emisor.
Se observa que la tensión de retroalimentación negativa es atenuada al menos dos veces por el divisor formado por los resistores de 400 ohms.
Teniendo en cuenta la existencia de un capacitor entre los pinos 2 y 8, su acción de realimentación en el circuito inicialmente es pequeña.
Sin embargo, con la acción de polarización continua del circuito que lleva a una realimentación inicial mayor, lo que hace que ocurra la oscilación.
La forma de onda obtenida se muestra en la figura 4.
Por otro lado, la forma de onda disponible en el pino 2, que corresponde al colector del transistor de potencia, es casi rectangular, extendiéndose de aproximadamente 0,1 V en la saturación hasta 0,1 V por debajo de la tensión de alimentación.
Los intervalos en los que el circuito está conectado (ON) coinciden con los pulsos del, pin 8.
Aplicaciones
La más simple de las aplicaciones es la que corresponde a un "flasher" o pulsador que alimenta un LED.
En la figura 5 tenemos entonces un circuito que alimenta un LED con tensiones en el rango de 1,2 V a 1,5 V.
La finalidad del capacitor en este circuito es tanto de proveer la temporización como también multiplicar la tensión para excitar el LED.
Con un capacitor de 300 uF (330 uF) el LED parpadeará una vez por segundo, aproximadamente.
Como el ciclo activo es muy pequeño, el consumo del circuito es extremadamente bajo.
Se pueden utilizar capacitores de 220 uF a 470 uF.
En la figura 6 tenemos un circuito en el que una bombilla incandescente del tipo 47 se excita con una corriente de pico de 150 mA.
La frecuencia de este circuito es de aproximadamente 1,5 Hz.
Observamos que en estos circuitos el ciclo activo es del orden de apenas 1% lo que significa un consumo del orden de 50 uA (tip.), Garantizando una enorme autonomía para la pila usada en la alimentación.
Para modificar el comportamiento del LM3909 se pueden utilizar diversas configuraciones de componentes externos.
Para obtener una frecuencia más alta, sin reducir la intensidad de los pulsos de luz en un flasher, lo que ocurría con la simple reducción del capacitor, tenemos el circuito de la figura 7.
Un resistor de 1k es necesario para derivar la corriente del divisor de temporización interna y así alterar la constante de tiempo del circuito.
Con esta función podemos obtener una frecuencia de aproximadamente 3 Hz, es decir, 3 veces la del circuito básico.
Para un flasher de 6 V usando LED tenemos el circuito de la figura 8.
El resistor de 3k9 externo hace que la corriente de carga a través del resistor interno de temporización sea reducida, manteniendo así las características de frecuencia del sistema, incluso con una tensión de alimentación mayor.
El resistor en serie con el diodo limita los picos de corriente en este componente, protegiendo el circuito integrado contra una eventual sobrecarga.
La frecuencia de funcionamiento de este circuito es del orden de 1 Hz.
También es necesario observar que en circuitos en que la alimentación sea superior a 3 V, hay momentos en que la polaridad sobre el capacitor electrolítico invierte.
El componente debe ser capaz de soportar estas inversiones.
Para alimentar un LED de forma "continua! Con una fuente a partir de 1,5 V tenemos el circuito mostrado en la figura 9.
En este circuito la frecuencia es elevada hasta el punto de que no podemos ver los intermitentes y con ello parece continuamente encendida.
El circuito opera en una frecuencia de aproximadamente 2 kHz, dada por el capacitor de 2 uF.
Como el consumo de corriente es de aproximadamente 12 mA, el circuito no está indicado para aplicaciones en las que se desee mayor autonomía para la alimentación.
Observe que la operación a altas frecuencias requiere la utilización de dos resistores externos, normalmente del mismo valor.
Una de ellas tiene por función proporcionar una derivación para el circuito interno de tiempo y si sólo se utiliza, la corriente de carga del capacitor pasará por los dos resistores internos de 400 ohms y por el colector de Q3.
De esta forma, tendremos una frecuencia más baja con menor ciclo activo.
Con un solo resistor también tenemos la posibilidad de que las oscilaciones se detengan antes de que la batería esté completamente descargada.
Con el uso de un segundo resistor de 68 ohmios externos, estos problemas se eliminan.
El circuito de la figura 10 es una configuración en la que dos LEDS parpadean alternativamente.
Se trata de un oscilador de relajación que puede ser alimentado por tensiones entre 10 y 15 V.
Con una tensión de alimentación, la frecuencia es del orden de 2,5 Hz.
El capacitor C2 tanto determina la frecuencia de los intermitentes como su intensidad, pues almacena la energía que se suministrar a los LED en los momentos en que se encienden.
Este capacitor se carga a través de uno de los LED y luego se descarga a través del otro, proporcionando el efecto de los intermitentes alternados.
Si uno de los LED es verde y el otro rojo, dadas las diferencias de tensión de alimentación, el verde debe conectarse directamente al pin 5.
Para operación con alta tensión de una forma económica y más segura que las que hacen uso de lámparas neón tenemos el circuito de la figura 11.
Este circuito opera con tensiones continuas en el rango de 85 V a 200 V.
El resistor de 43 k limita la tensión en todos los puntos del circuito a un máximo de 7 V.
Su funcionamiento es el siguiente: el capacitor de temporización se carga a través del resistor de 43 k y dos de los dos resistores de 400 ohmios internos.
Cuando la tensión en el capacitor alcanza un valor de aproximadamente 5 V, el circuito conmuta al alimentado el LED que entonces produce un flash luminoso.
Este flash corresponde a la descarga del capacitor a través del LED.
Para alimentar una carga de mayor potencia que los LEDs podemos usar un paso transistorizado como el mostrado en el circuito de la figura 12.
En este caso tenemos una luz estroboscópica portátil alimentada por una tensión de sólo 3 V.
El límite de conmutación del LM3909 es de 150 mA de modo que para accionar una carga con corriente mayor, un transistor de potencia debe ser utilizado.
Observe que el circuito tiene un control de frecuencia que permite su operación en una amplia gama de valores.
A pesar de su inercia que limitan su operación las lámparas incandescentes se pueden utilizar en frecuencias de hasta algunos hertz.
En la figura 13 tenemos un circuito de un flasher de alta potencia para aplicaciones automotrices ya que la alimentación debe ser hecha con tensiones en el rango de 12 a 14 V.
La corriente de carga máxima) depende del transistor y en este caso es del orden de 600 mA y la frecuencia de los intermitentes con los valores de los componentes utilizados es del orden de 1 Hz.
El transistor puede ser el BD135 o el TIP31.
En la figura14 damos el modo de adaptar el circuito en sustitución a un parpadeante convencional de coche, tanto para el caso de vehículos con positivo a la masa como negativo.
El capacitor de alto valor, 3 300 uF tiene varias funciones en este circuito además de la temporización.
También hace que el circuito inmune a los transitorios de la fuente de alimentación y limita la corriente al circuito integrado.
El circuito integrado utilizado recibe una alimentación de 7 V.
La cantidad de energía almacenada en el capacitor se utiliza para conmutar el transistor de potencia.
En la figura 15 tenemos un simple probador de continuidad que funciona con una sola pila.
El altavoz utilizado o incluso una cápsula de baja impedancia de auriculares tiene de 12 a 16 ohmios de impedancia.
Vea que no es necesario el transformador de salida para este circuito.
El probador en cuestión detecta continuidad hasta 100 ohmios.
Como la escala de resistencias de prueba es estrecha, pequeñas diferencias de resistencia como cortocircuito (0 ohmios) o baja resistencia (5 ohmios) pueden ser diferenciadas.
Podemos utilizar este probador en aplicaciones automotrices donde, por ejemplo, un corto en el primario de la bobina de encendido puede ser detectado, lo que no ocurre con probadores comunes.
En la figura 16 tenemos un detector de humedad o fuga que se caracteriza por la bajísima corriente de reposo, del orden de 100 uA y por la no necesidad de conexión a la red de energía.
Cuando una corriente de sólo 0,25 uA circula por el sensor debido a la humedad, el transistor Qa conmuta y con ello el multivibrador formado por este transistor y Qb entra en acción produciendo una frecuencia del orden de 1 Hz.
Esta señal se aplica al LM3900 modulando el tono que se reproduce en el altavoz.
El tipo de sensor depende de la aplicación, pudiendo ser uno de tejido con un poco de sal entre dos pantallas de alambre para fuga, o lluvia o aún dos hilos desencapados para inundación o agua.
En la figura 17 tenemos un circuito oscilador para la práctica de la telegrafía que, en realidad, consiste en un telégrafo experimental de dos vías.
La distancia entre las estaciones puede llegar a un máximo de 70 metros, pudiendo ser utilizado hilo común o incluso hilo fino del tipo telefónico.
Los altavoces pueden ser tipos pequeños de 8 ohmios y el manipulador de construcción casera según lo descrito en los diversos telégrafos publicados en el sitio del autor.
Finalmente, en la figura 18 tenemos la utilización de dos LM3909 en una sirena modulada.
El primer LM3909 se conecta a un pequeño altavoz de 25 ohmios siendo responsable de la producción del tono principal.
Este circuito es modulado por el segundo LM3909 a una razón de 1 Hz.
La frecuencia de modulación es determinada por el capacitor de 400 uF y el tono determinado por el capacitor de 1 uF.
La alimentación se realiza con una sola pila de cualquier tamaño.
Otros Proyectos
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