Circuitos ÚTILES. 03. Luz de emergencia miniaturizada

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1. Descripción

Se trata de un pequeño dispositivo a pilas que produce una luz a modo de centelleo o intermitente. Muy útil para hacerse ver en la noche cuando vas en bici, o sales a correr o simplemente para señalizar algo. Está basado en un viejo y conocido oscilador compuesto por dos transistores, cuatro resistencias y dos condensadores, lo que lo convierte en un proyecto de muy bajo coste.

Salgo al paso de dos previsibles críticas o "peros":

- Ya sé que ésto lo puedes comprar en el chino, ya hecho, por 3 euros, pero se trata de hacerlo nosotros mismos, ¿no? Y tampoco va a salirnos por mucho mas que esos tres euros...

- También sé que esta aplicación puede ser hecha con tecnología mas moderna, usando circuitos integrados en vez de transistores, pero defiendo esta versión por los siguientes motivos: 

1) Una cosa es un montaje con veinte transistores (ahí si podemos miniaturizar mucho), y otra, con sólo dos transistores (poco podemos miniaturizar aquí). Así que con transistores también podemos hacer el montaje en muy poco espacio.

2) Quiero asociar este montaje con el capítulo 6 del tutorial de electrónica básica (transistores) así que recurro a este conocido esquema.

3) Su consumo es bajísimo (entre 1 y 2 mA) y su probabilidad de avería prácticamente 0% (excepto golpes y caídas).

2. Circuito

Multivibrador astable transistorizado

Este circuito es un clásico. Se trata de un oscilador o multivibrador astable, es decir, no tiene un estado estable sino que oscila entre dos estados a una frecuencia que vamos a determinar por los valores de C1, C2, R2 y R3.

Cuando conectamos la alimentación, uno de los transistores va a conducir un poco más que el otro, a causa de pequeñas diferencias en el proceso de fabricación. Otros factores que pueden sumarse a esto son los componentes asociados a dichos transistores incluyendo pistas, soldaduras, cables...

Supongamos que comienza por conducir T1 un poco más que T2. Esto lo llevará a saturación (conducción máxima) haciendo que luzca el diodo D1, mientras T2 está en corte (no conduce). Pasado un instante, el condensador C1 se descarga por T2 y hace que éste comience a conducir, al tiempo que C2 provoca el corte de T1. Ahora el diodo D1 permanece apagado y D2 luce.

...y el proceso se repite...

La frecuencia a la que oscila este multivibrador depende de los valores de los componentes antes citados: C1, C2, R2 y R3.

Cuanto mayores sean las capacidades de C1 y C2, mas lento oscilará
Cuanto mayores sean las resistencias de R2 y R3, mas lento oscilará

Se puede hacer que D1 y D2 tengan tiempos de encendido distintos haciendo que C1-R2 y C2-R3 tengan valores distintos, pero normalmente se busca un tiempo igual -simétrico- para ambos, como es el caso de este montaje, así que los valores para C1 y C2 así como para R2 y R3 serán iguales.

Necesitamos una frecuencia de unos 6 Hz (seis oscilaciones por segundo) para que la intermitencia tenga un efecto destelleante. Por medio de simple ensayo en el protoboard determiné que los valores correctos eran:

para C1 y C2: 4.7 µf (16 voltios son mas que suficientes)
para R2 y R3: 100 K (cien mil ohmios)

Se pueden conseguir esos 6 Hz con otros valores, pero intenté conseguir una pareja de valores que involucrase a un condensador de reducida capacidad porque eso significa que también será pequeño: Este proyecto dispone de muy poco espacio para los componentes.

Es importante que los condensadores sean de la menor tensión posible (16 voltios) porque así nos aseguramos que sean pequeños. Ningún problema con esto, pues la tensión de alimentación será de tan sólo 3 voltios.

Me queda decir que la tensión de alimentación SÍ influye en la frecuencia de oscilación de este circuito. En un principio hice las pruebas con 9 voltios desde una fuente de alimentación. Cuando después puse 3 voltios (la tensión a la que funcionará esto) comprobé que la frecuencia cambió (a menos tensión, mas frecuencia, mas rápido oscila).

Así que tuve que volver a cambiar R2 y R3: Las aumenté para que la frecuencia bajase otra vez a 6 Hz (mas o menos).

Los valores definitivos son los que veis en el esquema, arriba de estas líneas.

Las resistencias R1 y R4 (150 ohms) son considerablemente mas bajas que en muchos esquemas que veréis por ahí. La causa: Vamos a 3 voltios, no a 12. Si no disminuimos el valor de las resistencias R1 y R4, los LEDs apenas lucirán. Un valor de 150 ohm nos asegura un buen brillo en los LEDs pero sin llegar -ni mucho menos- a intensidades peligrosas. De hecho, con mi polímetro registré intensidades del orden de sólo 2 mA a pesar de que los diodos emitían buenos destellos.

3. Lista de componentes

1 caja de plástico (Envase de artículos de ferretería, bisutería...)
1 portapilas para dos pilas de 1.5V, tamaño AAA (LR03)... y dos de esas pilas
1 trozo de circuito impreso.
1 interruptor pequeño
2 diodos led de alta intensidad, uno blanco y otro azul, por ejemplo
2 transistores BC547
2 resistencias 100K ohm 1/4 W
2 resistencias 150 ohm 1/4 W
2 condensadores electrolíticos 4.7µF 16V
1 trocito de lámina de acetato o plástico, cartulina...
1 trocito de papel de aluminio.
cola blanca
tres tornillos y 9 tuercas métrica 3mm


Ampliación de información sobre algunos componentes:


Caja de plástico

La puedes encontrar en la sección de ferretería de un supermercado o chino. También envasan artículos de bisutería en este tipo de cajas. Tiene un tamaño y forma ideal para este proyecto.

Hay de varios tamaños, la buena es:
Largo: 75mm (sin contar el asa)
Ancho: 56mm
Alto: 17mm (incluyendo tapa)

Portapilas

Para obtener 3V a partir de dos pilas de tipo AAA. Mejor usar un portapilas que andar haciendo uniones y empalmes precarios con las pilas.

Este modelo encaja a la perfección en la caja anterior.

El portapilas lo puedes comprar en una tienda de componentes electrónicos.




Trozo de circuito impreso

Necesitamos un circuito impreso de 50 x 45 mm. Como es improbable que lo haya de ese tamaño, habrá que partir de un circuito mas grande y obtener un trozo con las medidas anteriores. Puede cortarse con una sierra de marquetería. También se vende este artículo en las tiendas de componentes electrónicos.

Interruptor pequeño

Otro componente que viene como anillo al dedo para este montaje. Sus dimensiones lo hacen ideal para soldarlo al circuito impreso y que sólo sobresalga por la tapa transparente el pulsador (la parte azul)

Si no encuentras uno igual, puedes adaptar cualquier otro tipo siempre que sea de tamaño reducido. Por ejemplo, también valdría un micro-switch o pequeño conmutador. Si es necesario, se puede fijar con pegamento en un lateral de la caja en lugar de soldarlo al circuito impreso, y con cables, conectarlo al circuito. También en este caso hay que hacer un taladro en la caja para dejar salir al mando o control deslizante del conmutador. 

Estuve a punto de usar esta opción, pero a última hora encontré este oportunísimo interruptor que veis en la foto. Tiene pinta de ser fácil de encontrar en una tienda de componentes electrónicos.

Tiene seis patillas, en dos hileras de tres. En realidad se trata de un doble conmutador. Sólo usaremos dos terminales o patillas (en cualquiera de las dos hileras): Una patilla central, y la patilla de un extremo. Hay que medir con el polímetro (continuidad) y determinar qué terminal del extremo es el que nos interesa. Si nos equivocamos de extremo no pasa nada grave: Funcionará cuando liberemos el interruptor y se apagará cuando lo pulsemos, es decir, al revés.


Diodos LEDs

En esta foto podéis ver dos parejas de diodos led de alto brillo. Su apariencia es la misma que la de un led de brillo normal.

Los de la izquierda son de diámetro 3mm y además son mas cortos que los de la derecha, de diámetro 5mm. Su menor tamaño hace posible que podamos hacer el montaje tal y como queremos: Por un lado los diodos, por otro lado el resto de componentes.

A pesar de su notable diferencia de tamaño, lucen prácticamente igual. El consumo es menor en el caso de los diodos de 3mm. Este componente tiene polaridad que habrá que respetar. El cátodo se reconoce por ser el terminal más corto.

Los hay en bastantes colores: En la tienda me ofrecieron: Blanco, verde, azul, amarillo y rojo. Elegí la combinación blanco-azul por parecerme la más potente y visible. Otras combinaciones interesante son: Azul-rojo, y blanco-rojo.


3 tornillos y 9 tuercas

Con estos tornillos y tuercas haremos el separador y fijaremos el circuito a la caja. Las medidas son:

Tornillos:
Largo: 10 mm (sin contar cabeza)
Diámetro: 3 mm

Tuercas:
Diámetro interno: 3 mm

4. Montaje

4.1. Elección de la caja

Esta caja es muy común, muy fácil de encontrar, y en ella se envasan cosas de bisutería así como artículos de ferretería y tornillería. Tiene unas dimensiones ideales

Caja elegida para hacer el proyecto

4.2. Cortar trozo de Circuito impreso a la medida

Es casi imposible que encontremos un Circuito impreso a la medida. Tendremos que cortar un trozo de otro circuito mas grande.

Cortamos trozo de c.impreso a 50 x 45 mm

4.3. Trabajos a realizar en el Circuito impreso

Una vez obtenido ese circuito impreso con las medidas de 50 x 45 mm habrá que hacer unas operaciones sobre él.

Estas operaciones son tres:

- Preparar un separador que también servirá para fijar el circuito a la caja. El separador tiene la función de dejar un espacio entre el propio circuito impreso y la caja: Ese será el espacio para los componentes electrónicos que irán soldados por el lado del cobre en el circuito. El espacio reservado es de 5 mm, ni mas ni menos que lo justo para contener al mayor de los componentes (5 mm).

El separador consiste en tres tornillos con dos tuercas cada uno que suman (las dos tuercas) los 5 mm que necesitamos como separación.

Detalle del separador formado por un tornillo y dos tuercas

- Soldar los componentes en el circuito impreso, tanto por la parte a la vista (interruptor y dos diodos) como por la parte que permanecerá oculta: Resto de componentes del circuito: 2 transistores, 2 condensadores electrolíticos y cuatro resistencias de 1/4 W

La parte vista, de los LEDs y el interruptor:

... y la parte que irá oculta, en la otra parte del circuito impreso:

- Finalmente, preparar y fijar una superficie reflectante en la cara vista del circuito impreso. La superficie reflectante no es más que un montaje con plástico y papel de aluminio pegados con cola, y después recortados a la medida del circuito impreso. A esta superficie reflectante habrá que hacerle varios taladros o mecanizados para que pueda posarse sobre la superficie del circuito impreso. Esos taladros o mecanizados son tres:

- Para que pasen los diodos LED
- Para que pase el interruptor
- Para que pasen los tres tornillos (además, los tornillos ayudarán a sujetar la superficie reflectante).

Materiales para hacer la superficie reflectante: Acetato y papel de aluminio
En lugar de acetato puede usarse cualquier tipo de plástico fino

4.4. Soldar cables del portapilas

Soldaremos el cable negro (negativo) del portapilas a cualquier punto del circuito donde corresponda. Por ejemplo, si vemos el esquema, la unión de los dos emisores de los transistores es un buen punto. Allí soldaremos ese cable.

Respecto del cable positivo del portapilas, con la siguiente foto se verá mejor. Los seis terminales del interruptor están numerados de 1 a 6. Se pueden ver las dos hileras verticales de tres terminales. El positivo del portapilas va a cualquiera de los dos terminales centrales (2 ó 5) yo he elegido el 5. El terminal 6 es la salida del positivo que va soldado directamente a un cordón de estaño que es la línea positiva del circuito. Los otros cuatro terminales, aunque no se usen eléctricamente, hay que soldarlos (al menos dos de los cuatro) para que el interruptor quede bien sujeto al circuito impreso.

Conexión del portapilas al circuito

Es importante determinar cuál de los dos terminales extremos del interruptor elegir (en nuestro caso, dudaremos entre el 6 ó el 4). El correcto es el 6. Esto lo puedes saber con un polímetro usando la función "resistencia" o "continuidad" y pulsando el interruptor para ver cómo reacciona. Si nos equivocamos y elegimos el 4 no pasa nada especialmente grave, simplemente que el interruptor funcionará "al revés": Apagará el equipo cuando lo presionemos y lo encenderá cuando lo liberemos.


4.5. Hacer taladro para que pase el mando del interruptor on/off

Ahora que ya sabemos la ubicación exacta del interruptor, podemos marcar en la tapa transparente su posición y hacer un taladro del diámetro justo para que pase el mando de dicho interruptor.


4.6. Montar todo y fijarlo

Ponemos los tornillos y tuercas separadoras al circuito si no estaban puestas ya. Colocamos todo en su sitio. Asomarán los tres tornillos por la base de la caja. También irá allí una tuerca para cada uno de los tres tornillos y así fijaremos el circuito a la caja. Ponemos la tapa y la sujetamos con cinta adhesiva.

5. Sujección: Velcro, brazalete, brida, imán...

A la hora de sujetar esta luz, por ejemplo, a una bici, podemos optar por varios sistemas: Buscar algún herraje para que, con una abrazadera, podamos sujetarlo. También podemos usar velcro en la bici, y velcro en el dispositivo. Sería una forma rápida de poner y quitar la luz. 

Una tercera manera, igualmente rápida y cómoda, sería usar pequeños imanes de neodimio: Uno fijado en la bici. Otro fijado en la luz. 

No hay que olvidar el asa que esta caja trae, la misma que servía para colgarla en un expositor en la tienda. También podemos servirnos de ella.

En la forma de sujetar esta luz manda la inventiva y las necesidades de cada uno...

6. Probar

En el vídeo, a partir de 22:03 se puede ver funcionando a esta luz, tanto en el banco de trabajo como en la calle, de noche. A 25 metros esta luz demuestra ser bastante visible y consigue su objetivo: Captar la atención.

7. EL VÍDEO:

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