Los temporizadores (timers) siempre son buscados por los lectores que necesitan algún tipo de automatización simple, determinada sólo por un intervalo de tiempo. Como tales circuitos pueden tener las más diversas características, a veces resulta difícil acertar en lleno las necesidades de un lector con apenas un proyecto. Por este motivo, reunimos en un único artículo diversos proyectos de temporizadores con características que pueden incluso ser combinadas, además de circuitos de accionamiento que pueden ser intercambiados entre los diversos proyectos.
Encender o apagar algo después de un cierto intervalo de tiempo. En esta frase resumimos lo que hace un temporizador. Sin embargo, las pequeñas sofisticas como el auto-apagado, la monitorización de la temporización y el reciclaje se pueden añadir para obtener más de un temporizador.
A continuación, damos al lector todos los elementos para proyector su propio temporizador, partiendo de uno de nuestros circuitos y añadiendo el accionamiento que le sea necesario y, eventualmente, una de las sofisticas indicadas.
Los temporizadores descritos pueden proporcionar temporizaciones de algunos segundos a varias horas.
1. CIRCUITOS DE ACCIONAMIENTO
El circuito accionado por un temporizador puede tener varias características, y en su función podemos elaborar configuraciones que proporcionen mayor economía y desempeño.
Podemos accionar relés que controlen cualquier carga, independientemente de las características, pero según el caso, podemos accionar directamente la carga, ahorrando así el relé, que es un componente caro.
Incluso el relé también se puede accionar de diversas maneras. Los circuitos que damos a continuación pueden ser usados ??como etapa final de cualquiera; uno de los timers que describiremos más adelante.
Para accionar directamente una carga de hasta 1 o con tensión de alimentación de 6 a 12 V podemos usar un par de transistores en la configuración de Darlington.
El circuito utilizado que alimenta la carga cuando en la entrada E tengamos el nivel alto, se muestra en la figura 1.
El transistor de potencia debe montarse en un radiador de calor. Para las corrientes hasta 1 A un transistor de potencia menor, como el BD135, BD137 o BD139 puede ser usado.
Si la carga es inductiva, se debe añadir un diodo de protección en paralelo.
En el caso de que deseamos alimentar una carga cuando el nivel de salida del temporizador es bajo, tenemos la configuración con un par Darlington PNP mostrada en la figura 2.
Esta configuración tiene las mismas características de la anterior, con el transistor de potencia debiendo ser montado en radiador de calor.
Para las corrientes hasta 1 A se puede utilizar el BD136, BD138 o BD140.
Es claro que, con la disponibilidad de transistores de potencia Darlington, como los de la serie TIP, esta configuración puede ser simplificada, como muestra el diagrama de la figura 3.
Cualquier Darlington NPN reemplaza el circuito de la figura 1, y también podemos tener el uso de Darlingtons PNP para sustituir el circuito de la figura 2.
Un componente que ya es bastante difundido en el control de corrientes elevadas es el MOSFET de potencia.
Presentando una resistencia cuando en saturación (Ras) inferior a 1 ohmio (en algunos casos), puede controlar corrientes muy elevadas con una caída de tensión prácticamente nula.
En la figura 4 tenemos un ejemplo de circuito con el IRF630 (9 A) o equivalente.
Por seguridad, sugerimos no usar cargas mayores que 5 A en este circuito. El circuito funciona de tal forma que la carga recibe la alimentación cuando el nivel de la señal de entrada es alto.
Para el accionamiento simple de un relé con la salida del temporizador en el nivel alto, podemos usar el circuito de la figura 5.
El relé utilizado en el esquema original de la época de este artículo (1993) es el G1RC1, que ya tiene equivalentes más modernos, para 6 V, o GIRCZ, para 12 V, conforme a la alimentación.
Estos relés pueden controlar cargas de hasta 10 A. Los contactos NC se pueden utilizar para apagar una carga al final de la temporización o encenderla en los circuitos con apagado automático.
La aplicación con transistores PNP también es posible, bastando usar el BC558, por ejemplo.
Un SCR también se puede utilizar para activar una carga, observando que este tipo de dispositivo permanece encendido incluso después de que la señal de disparo haya desaparecido.
En la figura 6 tenemos el modo de disparar un TIC106 con alimentación de 9 a 12 V.
Observe que usando un relé de 6 V necesitamos tener alimentación un poco mayor, pues en los SCRs en conducción hay una caída de tensión de aproximadamente 2 V que necesita ser compensada.
Con los relés de 12 V esta caída no es tan importante, pues los relés consiguen cerrar sus contactos con los 10 V disponibles.
in embargo, el proyectista debe estar atento a una eventual necesidad de compensar esta caída, si el relé tiene dificultad para atracar.
Esta aplicación se aplica a los casos en que el temporizador produce un pulso de corta duración al final de la temporización.
Para controlar cargas conectadas directamente a la red de energía, sin el uso de relés, tenemos varias posibilidades.
La primera de ellas es un circuito simple de media onda con el uso de un SCR del tipo TIC106B, si la red es de 110 V, y TIC106D si la red es de 220 V. El circuito se muestra en la figura 7.
El resistor de polarización de conducto (gare) puede tener valores entre 4,7 k ohmios y 10 k ohmios y el SCR deberá montarse en un radiador de calor.
El disparo se produce cuando el nivel de la señal de entrada es alto.
Para tener un control de onda completa, con corriente de hasta 2 A podemos usar un puente, conforme el circuito de la figura 8.
Con el uso de diodos de mayor corriente, como los 1N5407, podemos llegar a los 4 A, que es el límite del SCR.
Para un disparo con la señal de entrada en el nivel bajo podemos usar el circuito de la figura 9.
Observe que tanto en el circuito anterior como en este tenemos un terreno común al sector de alta tensión y al sector de baja tensión.
Las características son las mismas del circuito anterior.
Finalmente, tenemos un circuito de dispara con triac, que en el caso puede controlar cargas de hasta 8 A. Con el TIC236 podemos llegar a los 12 A.
El circuito, mostrado en la figura 10, exige que el triac sea montado en un radiador de calor.
En este circuito tenemos también un terreno común al sector de alta y de baja tensión.
2. TEMPORIZADORES
El primer circuito de timer que describimos es bastante simple, pues usa un transistor unijuntura, y sirve para activar el circuito de la figura 6 con SCR y relé, pues al final de la temporización produce un pulso de corta duración. El circuito se muestra en la figura 11.
Para un capacitor de 1 000 uF y un potenciómetro de 1 M ohmios podemos obtener temporizaciones de hasta 16 minutos.
No recomendamos la utilización de capacitores mayores, pues la eventual presencia de fugas puede comprometer el funcionamiento del circuito. Sin embargo, con un potenciómetro de 2,2 M ohmios podemos llegar a poco más de media hora de tiempo máximo.
Una manera de usar un transistor unijunción en el accionamiento de un relé con traba se muestra en la figura 12.
Con la producción del pulso en el intervalo deseado, el relé atraca y su bobina es realimentada por los propios contactos.
El relé utilizado, sin embargo, debe ser de contactos dobles, que tienen contactos de 2 A.
Un interesante temporizador para intervalos de tiempo de unos segundos hasta cerca de media hora se logra con un transistor común y un SCR.
El circuito se muestra en la figura 13 y funciona de la siguiente manera:
Cuando se establece la alimentación, el capacitor empieza a cargarse lentamente a través del potenciómetro de ajuste y de R1.
En estas condiciones, con la subida de la tensión en el capacitor, llega el instante en que el transistor comienza a conducir y dispara el SCR.
Utilizando sólo transistores tenemos un simple temporizador para intervalos entre unos segundos y cerca de media hora en la figura 14.
El principio de operación de este temporizador se basa también en la carga de un capacitor a través de una resistencia variable que determina la temporización.
Más una versión con transistores se muestra en la figura 15, y tiene básicamente las mismas características de la anterior.
Sin embargo, hay muchos i componentes de bajo costo que se pueden utilizar específicamente como temporizadores de mayor eficiencia.
El más popular de todos estos componentes es, sin duda alguna, el circuito integrado 555.
Con códigos como SDA555, CA555, LM555 etc. también tiene una versión CMOS, de bajísimo consumo y alta impedancia en sus entradas, con la sigla TLC7555.
Los siguientes circuitos de datos utilizan este componente como base.
La configuración básica del 555 como temporizador es la que se muestra en la figura 16.
La resistencia de temporización no puede ser menor que 1 k ohmios y el capacitor menor que 470 pF.
En el sitio tenemos artículos que enseñan a calcular la temporización del 555 monoestable y diversas aplicaciones prácticas.
Cuando llevamos el pino 2 al nivel bajo, el perno 3 de salida del 555 va al nivel alto por un tiempo que se da aproximadamente por:
T = 1,1. R. C
La salida de este temporizador básico para hasta 1 hora puede entonces ser conectada en el punto E de cualquiera de los circuitos activadores que vimos, excepto lo que usa un SCR en corriente continua, pues con la vuelta del pasador 3 al nivel bajo el SCR no apagaría.
Utilizando el TLC7555 el resistor de temporización puede llegar a 10 M ohmios, lo que extiende el uso del temporizador hasta aproximadamente 160 minutos; además de este valor, las fugas del capacitor pueden comprometer el funcionamiento.
La obtención de intervalos mayores de temporización puede ser lograda teniendo como base el 555 en otra configuración, que es la de astable, mostrada en la figura 17.
En esta configuración el oscilador produce señales rectangulares con frecuencia dada por la fórmula junto al diagrama.
Los resistores tienen valores mínimos de 1 k ohmios y máximos del orden de 2,2 M ohmios.
El capacitor puede tener valores entre 1 nF y 1 000 uF, típicamente.
La salida de este circuito puede ser conectada en la entrada E de cualquiera de los accionadores que vimos, excepto el con SCR en circuito de corriente continua, por motivos ya explicados.
Los pulsos cadenciados del 555 tanto se pueden utilizar directamente en una temporización cíclica como para un divisor de frecuencia que posibilite la obtención de intervalos mayores.
Una primera posibilidad de temporización larga basada en el asa 555 se muestra en la figura 18 y utiliza un 4017 como elemento adicional.
El 4017 funciona como un divisor por 10, de modo que si el astable produce un pulso cada 5 minutos, por ejemplo, tendremos la salida del 4017 yendo al nivel alto al final de 10 pulsos, es decir, 50 minutos.
Si se puede ajustar la frecuencia del astable para producir un pulso de 10 segundos a 5 minutos, la banda barrida por el temporizador será de 100 segundos a 50 minutos.
Es necesario tener en cuenta, en este circuito, que la salida del 4017 que activa el activador externo es un divisor por 10.
Así, el tiempo que permanece en el nivel alto es 1/10 de la temporización ajustada.
Este circuito puede accionar cualquiera de las etapas que vimos en la parte inicial de este artículo.
Para división, por un valor mayor, por ejemplo, por 100, podemos usar dos 4017, como en el circuito de la figura 19.
Para un oscilador que tenga una frecuencia mínima que corresponda a un pulso cada 5 minutos, tendremos una temporización final de 500 minutos, o 8 horas y 20 minutos.
De nuevo hay que tener en cuenta que el tiempo que la carga permanece activada corresponde a 1/100 de la temporización o, en el caso del máximo, a un ciclo del astable o 5 minutos.
Otro circuito integrado que se puede utilizar junto con el 555 para obtener largos temporizadores es el 4020.
Este circuito integrado consiste en un contador binario de 14 bits y que, por lo tanto, se puede utilizar como un divisor por 16384.
En la figura 20 tenemos un temporizador para tiempos de hasta 200 minutos que hace uso de un 555 y del 4020.
Observe que la red RC conectada al pin 11 (reset) del 4020 garantiza que el recuento de los pulsos parta de cero en la temporización.
Esta red reajusta la cuenta cuando se establece la alimentación.
Usando un capacitor de 10 uF de buena precisión podemos multiplicar por 10 la temporización, llegando a 2 000 minutos o 33 horas y 20 minutos!
Evidentemente, como la duración de los pulsos depende linealmente de los valores de los componentes, la precisión dependerá del cuidado con que el ajuste de la escala del potenciómetro sea hecho.
La tolerancia de los componentes, principalmente de los capacitores usados ??en la temporización, también es importante.
Finalmente, también tenemos que tener en cuenta la carga residual del capacitor de temporización, que impide que en usos sucesivos del aparato se tenga una carga nula al activar la unidad.
Combinado el 555 con el 4017 y el 4020 podemos obtener una temporización bastante larga, que llega a 40 horas.
El circuito para este propósito se muestra en la figura 21.
Con el uso de un capacitor de 10 uF podemos llegar a 400 horas, o 16 días y 16 horas!
Para la obtención de los pulsos de conteo para los divisores con el 4017 y con el 4020 que vimos no necesitamos usar obligatoriamente el circuito integrado 555.
Una posibilidad interesante es tomar como base para algunos proyectos de temporizador el circuito CMOS 4093.
Un primer circuito simple de temporización para cortos intervalos, y que puede excitar cualquiera de los sistemas que vimos en la introducción, se muestra en la figura 22.
En este circuito la salida se mantiene en el nivel alto- por un intervalo dado por el capacitor y por los resistores en serie.
Para mantener la salida en el nivel bajo por el intervalo deseado podemos usar el circuito de la figura 23.
Finalmente, para operación astável, excitando los divisores que vimos en los proyectos anteriores, tenemos el circuito de la figura 24.
La temporización máxima que podemos obtener sin problemas para el 4093 en los circuitos indicados es del orden de media hora, con un resistor de 2,2 M ohms y
3. APAGADO AUTOMÁTICO
Un recurso importante en muchas aplicaciones para los temporizadores es el apagado automático.
Con esta función, al final del intervalo programado no sólo la carga controlada deja de ser alimentada como también el propio circuito del temporizador, evitando así un consumo innecesario de energía.
En la figura 25 tenemos una fuente de 12 V, que alimenta cualquiera de los temporizadores descritos, dotada de apagado automático.
Cuando el interruptor S1 se presiona la fuente se alimenta y el relé se energiza para mantener la alimentación incluso después de S1 suelto.
Ver que en esta función necesitamos tener siempre las configuraciones en que el relé es energizado en el intervalo programado apagando después, y no al contrario.
CONCLUSIÓN
No podemos predecir las variaciones en torno a los circuitos que hemos dado, tal es su cantidad.
Con las sugerencias que hemos visto, y algunas otras que el lector puede encontrar en los artículos del sitio es posible reunir todos los elementos que se necesitan para diseñar un temporizador que atienda a sus necesidades.
