El proyecto que presentamos es ideal para cursos técnicos pues sirve para demostrar el principio de funcionamiento de sensores de temperatura y con cambios puede incluso ser usado para transmisión remota de esta grandeza, interfiriendo con un frecuencímetro o incluso con un PC. Lo que este circuito hace es generar una señal de audio cuya frecuencia depende de la temperatura de un sensor. El circuito puede ser alimentado con tensiones de 5 a 12 volts lo que lo hace ideal para aplicaciones en las que se utilizan pilas o batería.
Un circuito que convierte una temperatura en una señal de baja frecuencia, puede tener muchas utilidades prácticas además de servir para aplicaciones didácticas.
Evidentemente, la aplicación que sugerimos al principio del texto es justamente para demostrar la dependencia de la corriente de fuga de un diodo común (usado como sensor) en relación a la temperatura de su unión. Esta demostración puede ser bastante interesante en una feria de electrónica o como trabajo para cursos técnicos.
Una segunda aplicación posible es como alarma o monitor remoto de temperatura donde un cambio de tono en la señal generada puede servir para indicar un sobrecalentamiento o mismo principio de incendio.
Finalmente tenemos la posibilidad de convertir directamente la frecuencia de la señal generada en una temperatura lo que se puede hacer tanto con el propio ajuste del circuito y su lectura en un frecuencímetro, como a partir de una interfaz que juegue la señal generada a un PC.
Con tensiones de alimentación en el rango de 5 a 6 volts el transistor utilizado en la salida de audio puede ser el BC548, pero para tensiones mayores, dada la mayor potencia requerida, debemos usar el TIP31 o BD135 dotado de un pequeño radiador de calor.
Características:
* Rango de tensión de alimentación: de 5 a 12 volts
* Corriente drenada: 30 a 500 mA (según tensión)
* Rango de temperaturas del sensor: -20 a +120 grados centígrados (tip)
* Frecuencia de la señal de salida: 100 Hz a 5 000 Hz (tip)
COMO FUNCIONA
Un circuito integrado 555 se conecta como oscilador (astable) donde la frecuencia depende de C1, de R2 y también de la resistencia presentada entre el colector y el emisor del transistor Q1.
En el circuito de base de este transistor conectamos entonces el sensor que consiste en un diodo de silicio común polarizado en sentido inverso.
De esta forma, la corriente de fuga del diodo va a polarizar el transistor en el sentido de hacer variar su resistencia entre colector y emisor.
Ocurre que la resistencia entre el ánodo y el cátodo del diodo depende justamente de la temperatura de la unión. Hay una buena linealidad en esta correspondencia lo que hace que los diodos de silicio componentes bastante apropiados para funcionar como sensores de temperatura en termómetros electrónicos.
De esta forma, la corriente que circula por el diodo será tanto mayor cuanto mayor sea la temperatura de su unión y con ello la resistencia entre colector y emisor del transistor será tanto menor cuanto mayor la temperatura del diodo.
La frecuencia del oscilador depende justamente de esta resistencia, aumentando cuando disminuye. Así, la frecuencia de la señal generada aumenta en una proporción casi lineal con el aumento de la temperatura del sensor.
Para obtener mayor sensibilidad en este circuito podemos hacer que tengamos variaciones mayores de la resistencia entre el colector y el emisor del transistor con la corriente de fuga del diodo. Esto se puede lograr con el uso de un transistor de Darlington en lugar de un transistor común, como se muestra en la figura 1.
El transistor sugerido es el BC517 pero equivalentes se pueden utilizar incluso dos transistores comunes NPN de uso general conectados como Darlington.
Los cambios de otros componentes en este sector, como C1, pueden llevar el circuito a la producción de otras bandas de frecuencia según la temperatura del sensor.
La forma de onda en la salida del circuito integrado (pin 2) es rectangular con un valor cercano a la tensión utilizada en la alimentación.
Esta señal se puede utilizar directamente para excitar un frecuencímetro o cualquier otro circuito digital así como la etapa de potencia de audio para la excitación del altavoz. Con alimentación de 5V este circuito puede conectar directamente una entrada serial de un PC.
Con una alimentación de 5 o 6V podemos usar un transistor NPN de uso general para accionar el altavoz. Sin embargo, con mayor tensión debemos usar un transistor de media potencia.
MONTAJE
En la figura 2 tenemos el diagrama completo del oscilador controlado por temperatura.
La disposición de los componentes para un montaje en una placa de circuito impreso se muestra en la figura 3.
Los resistores son de 1/8 W o mayores y el capacitor C1 puede ser de poliéster como cerámico. El capacitor C2 es un electrolítico para una tensión de trabajo un poco mayor que la usada en la alimentación.
Como sensor, podemos utilizar cualquier diodo de silicio de uso general. Los tipos sugeridos son los 1N4148, 1N914, BA315, etc. La otra posibilidad de sensor consiste en utilizar la unión base emisora ??de un transistor de uso general, polarizándola en sentido inverso.
PRUEBA Y USO
La prueba de funcionamiento es simple: basta con conectar la alimentación del aparato. Debe producir un tono de baja frecuencia o incluso chasquidos en el altavoz, dependiendo del valor de C1.
Si sostenemos el sensor entre los dedos o lo aproximamos (sin tocar) de la punta calentada de un solador, a medida que la temperatura suba el tono emitido debe cambiar haciéndose más agudo.
Al alejarse del sensor de la fuente de calor, el tono debe volver a tener su frecuencia disminuida.
Los cambios en la frecuencia del sonido se pueden obtener con el cambio de R2 y C1. Sólo recuerda que R2 no debe ser menor que 1 k ohms.
Comprobado el funcionamiento es sólo usar el aparato.
Semiconductores:
CI-1 - 555 - circuito integrado, temporizador
Q1, Q2 - BC548 o equivalente - transistores NPN de uso general
D1 - 1N4148 o equivalente - diodo de uso general
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1 - 1 k ohms
R2 - 22 k ohms
R3 - 10 k ohms
Capacitores:
C1 - 47 nF - cerámico o poliéster
C2 - 100 uF / 16V - electrolítico
Varios:
FTE - 4/8 ohms x 10 cm - altavoz
Placa de circuito impreso, zócalo para el circuito integrado, caja para montaje, fuente o pilas, hilos, soldadura, etc.