Temporizador de bolsillo (ART1054S)

Hay ocasiones en que la determinación de un intervalo de tiempo pequeño con una señal auditiva al final es interesante. Podemos citar juegos de salón, gincanas escolares, competiciones deportivas e incluso procesos de laboratorio. El temporizador o temporizador de bolsillo que describimos es ideal para esta aplicación emitiendo una serie de bips después de terminado el tiempo de programación que puede variar entre algunos segundos hasta más de media hora. Alimentado por pilas cabe en una pequeña caja plástica de fácil transporte.

   Si hay proyectos que admite una infinidad de configuraciones, el temporizador es ciertamente uno de ellos. Evidentemente, según el tipo de aplicación, este aparato puede variar bastante, diferiendo en cuanto al tiempo de accionamiento, la tensión de alimentación y el tipo de señal que suministran al final de la temporización.

   En nuestro caso, describimos un temporizador que presenta características para un público específico y que por lo tanto tiene su rango propio de utilidades, determinadas por las siguientes características:

   a) Alimentación por medio de pilas comunes y montaje compacto, facilitando su transporte.

   b) Rango de tiempo que varía entre unos segundos hasta cerca de media hora.

   c) Consumo muy bajo de energía durante la temporización, lo que significa una enorme durabilidad para las pilas.

   d) Emisión de señal acústica agradable (bips) al final de la temporización.

 

   COMO FUNCIONA

   La base del proyecto es un circuito integrado 4093 que contiene cuatro puertos disparadores.

   La salida de cada puerta sólo puede presentar dos tensiones: 0 o la tensión de alimentación. Si la tensión es 0V decimos que está en el nivel bajo o LO, y si está con la tensión de alimentación, diremos que está en el nivel alto o HI.

   Los niveles lógicos de las salidas dependerá de los niveles de las entradas.

   Si la tensión de entrada está entre 0 V y una fracción de volt, las puertas interpretan esto como nivel bajo o LO.

 


 

 

 

   Si la tensión está en un rango cercano a la tensión de alimentación, la puerta interpreta esto como alto o HI.

   Observe que, por el gráfico de la figura 1, existe un rango intermedio prohibido que el integrado no define una interpretación. Si una tensión de entrada está en este rango existe un punto en el que, para el 4093 ocurre una conmutación rápida de la salida de HI a LO o viceversa.

 


 

 

 

   Esta característica de transición rápida y por tanto de conmutación hace del 4093 un elemento ideal para actuar sobre un circuito cuando ocurre una pequeña variación de la tensión de entrada. Decimos que se trata de una puerta disparadora o "Schmitt Trigger".

   Si tomamos una de las entradas y fijamos su nivel lógico en alta (HI) conectándola al positivo de la alimentación, pasamos a tener un inversor, como muestra la figura 3.

 


 

 

 

   Esto significa que el nivel lógico de la salida será siempre el contrario al de la entrada.

   Utilizamos esta configuración para obtener el bloque de temporización de nuestro aparato.

   En la entrada libre (pino 2) conectamos entonces un capacitor, un resistor y un potenciómetro.

   A partir del instante en que la alimentación del aparato es establecida, y que, por lo tanto, el capacitor está descargado, su carga comienza vía P1 y R1.

   En estas condiciones, la tensión en la entrada de la primera puerta (pino 2) es inicialmente alta, pero a medida que el capacitor se carga la tensión va disminuyendo.

   Cuando la tensión llega al punto en que ocurre la conmutación, la salida que estaba en el nivel bajo, rápidamente va al nivel alto.

   El tiempo de carga del capacitor dependerá del ajuste de P1 y del valor de R1 que es fijo.

   Para un capacitor de 1 000 uF y con P1 de 2,2 M ohmios en la posición de máxima resistencia conseguimos temporizaciones que sobrepasan media hora.

   Con el paso de la salida de la puerta (pin 3) al nivel alto tenemos la entrada en acción de dos nuevos bloques del aparato.

   Estos bloques están formados por CI-1b y CI-1c que funcionan como osciladores disparados.

   En cada oscilador, el capacitor se carga y se descarga a través de los resistores conectados en sus salidas, El ritmo de carga y descarga y por lo tanto la frecuencia de la señal generada depende de los valores de estos componentes.

   Los osciladores funcionan de tal forma que sólo entran en funcionamiento cuando los terminales de control (pines 5 y 8) están en el nivel alto.

   Así, el primer oscilador (CI-1b) es un oscilador de audio con frecuencia alrededor de 1 kHz. El otro (CI-1c) es un oscilador lento con frecuencia en el rango de 0,5 a 2 Hz, siendo responsable de la intermitencia de las señales.

   Las señales de estos dos osciladores se combinan en la cuarta puerta del circuito integrado 4093.

   Esta combinación resulta en bips intervalados, es decir, la señal del primer oscilador es interrumpida de modo intermitente por el segundo oscilador.

Los integrados CMOS no pueden proporcionar suficiente potencia para excitar un altavoz, pero pueden excitar transductores piezoeléctricos o incluso cápsulas de cristal. El uso de estos transductores facilita la obtención de montajes compactos.

   Sin embargo, a falta de los transductores, el lector puede utilizar un altavoz agregando un transistor amplificador, como se muestra en la figura 4.

 


 

 

 

   Una característica interesante del circuito es que requiere sólo 0,5 mA de corriente en funcionamiento, lo que garantiza una excelente durabilidad para las pilas.

   

MONTAJE

   En la figura 5 damos el diagrama completo del temporizador.

 


 

 

 

   La disposición de los componentes en la placa de circuito impreso se muestra en la figura 6.

 


 

 

 

   Sugerimos el uso de zócalo para el circuito integrado. Los resistores son de 1/ 8 W o mayores y P1 tanto puede tener 1 M ohmios como 2,2 M ohms dependiendo del rango de tiempo deseado.

   Los capacitores C1 y C4 son electrolíticos para 12V mientras que C2 y C3 tanto pueden ser de poliéster como cerámicos. El valor de C1 depende del rango de temporización. Con 100 uF obtenemos tiempos máximos de 3 minutos y con 1 000 uF este tiempo se prolonga hasta media hora.

   R2 y R3 también se pueden cambiar para modificar el tipo de sonido obtenido al final de la temporización.

   Para la alimentación se pueden utilizar 4 pilas pequeñas o una batería de 9V.

   X1 es un transductor piezoeléctrico común. Cualquier tipo sirve, e incluso una cápsula de cristal de micrófono puede ser experimentada.

   En la figura 4 dimos la opción de usar un transistor para excitar un altavoz de 2,5 cm o mayor, a falta del transductor.

 

PRUEBA Y USO

   Ajuste P1 para la mínima temporización en la prueba. Conecte la alimentación. Después del tiempo previsto, el aparato debe emitir la señal de audio (bips).

   Cambie los componentes indicados en el texto, si es necesario.

   Comprobado el funcionamiento el lector puede hacer una escala de tiempos tomando como base un reloj con cronómetro. Observamos, sin embargo, que dos temporizaciones seguidas pueden tener tiempos diferentes en vista de la carga retenida en el capacitor. Una idea para eludir este problema es la conexión de un interruptor de presión en paralelo con el capacitor C1. Presionando este interruptor antes de cada temporización se asegura de que salga de cero.

     

   Semiconductores:

   CI-1 - 4093B - circuito integrado CMOS

   

Resistores: (1/8 W, 5%)

   R1 - 10 k ohms

   R2 - 47 k ohms

   R3 - 2,2 M ohms

   P1 - 1 M ó 2,2 M ohms - potenciómetro lineal común

   

Capacitores:

   C1 - 100 a 1 000 uF / 12V - electrolítico - ver el texto

   C2 - 47 nF - poliéster o cerámico

   C3 - 470 nF - poliéster o cerámico

   C4 - 100 uF / 12V - electrolítico

   

Varios:

   X1 - Transductor piezoeléctrico

   S1 - Interruptor simple

   B1 - 6 o 9V - 4 pilas pequeñas o batería

   Placa de circuito impreso, soporte de pilas o conector de batería, botón con escala para el potenciómetro, caja plástica, hilos, soldadura, etc.