Circuitos ÚTILES. 09. Pulsador TÁCTIL

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INDICE

Pulsador táctil, en qué consiste
Ventajas frente al interruptor clásico
Lo usaremos para nuestra próxima radio FM
Método a usar
El circuito integrado 555
Esquema del interruptor táctil. Versión básica
Esquema del interruptor táctil. Versión mejorada
Prueba en protoboard
Lista de componentes
El vídeo




Pulsador táctil, en qué consiste

[Fig 1] Pulsador táctil

Es una forma de poner en marcha dispositivos sin usar componentes con piezas móviles como sería el caso de los interruptores convencionales. 

Para activar una función basta con posar levemente un dedo sobre el sensor. Tal es el caso de los botones de algunos ascensores modernos y muchos otros equipos.


Se basa en un circuito con gran sensibilidad: Al posar el dedo en el sensor, una minúscula corriente, inapreciable y totalmente inofensiva, pasa a través de nosotros hacia tierra. Esta pequeñísima corriente es detectada y provoca el disparo de un circuito que conecta la alimentación al dispositivo a accionar.




Ventajas frente al interruptor clásico

Al no haber piezas móviles (interruptor) la probabilidad de avería es mucho menor. Es cosa sabida que los componentes electromecánicos (piezas móviles) son responsables en gran medida de la mayoría de averías en los equipos. Este sistema táctil está especialmente indicado para aquéllos casos en que un hipotético interruptor sería accionado muchas veces a lo largo del día.

[Fig 2] Interruptor convencional

En cuanto al coste, mas adelante veremos que los seis componentes que conforman este sistema táctil cuestan sólo un poco más que un interruptor convencional.











Lo usaremos para nuestra próxima radio FM

Me encontraba en las fases iniciales de diseño de la radio FM cuando pensé en dotarla de este sistema. Enseguida comprendí que este recurso del pulsador táctil merecía para sí mismo un vídeo y un post en esta serie "circuitos útiles", y por varias razones: 1) Por su utilidad; 2) por las materias que se van a tratar y 3) porque este recurso puede implementarse en muchos otros montajes.

A no ser que me tope con alguna sorpresa de última hora (todo puede ocurrir) mi intención es que la radio FM (próximo circuito útil) tenga este sistema para encenderla y apagarla: Bastará con posar levemente un dedo en una pequeña superficie metálica, tal como la cabeza metalizada de una chincheta.



Método a usar

Encender y apagar un equipo con un sensor táctil se puede hacer con distintos recursos. Hay sistemas en donde esta función viene integrada.

Otra forma sería usando tiristores con una alta sensibilidad en el terminal gate o puerta, es decir, con una baja IGT (corriente de puerta para disparo)

Nosotros vamos a usar el archiconocido circuito integrado 555, y lo haremos funcionar como un switch o interruptor accionado por tacto. Con sólo cinco componentes más (tres resistencias un condensador y un transistor) haremos el pulsador táctil. 




El circuito integrado 555

Después de más de 40 años que el primer circuito integrado 555 salió al mercado, éste sigue utilizándose masivamente por su fiabilidad, versatilidad y bajo coste.

Hay varios tipos de "packages" o encapsulados, incluyendo el SMD, pero nosotros vamos a usar el tipo through-hole. Su apariencia es el de un Dual in Line de 4 + 4 pines:

[Fig 3] Integrado 555 estándar (NE555)

En principio, el 555 se hizo para funcionar como temporizador programable, pero este integrado es configurable externamente: 

Cambiando la conexión de sus terminales y sus pocos componentes asociados se le puede hacer funcionar como generador de pulsos, como oscilador, como divisor de frecuencia y también como flip-flop o multivibrador biestable (dos estados posibles), y éste último es el modo en que lo vamos a hacer funcionar. 




Los dos estados posibles serán: Activado (encender la radio) y desactivado (apagar la radio).

Una hoja de especificaciones (datasheet) del 555 versión CMOS (TLC555)





Esquema del interruptor táctil. Versión básica

[Fig 4] Interruptor táctil. Circuito básico

¿Interruptor o pulsador?

Bueno, al conjunto se le debería llamar interruptor, pues esa es su función: Permitir o no el paso de corriente, y ademas con la función de enclavamiento, que es lo que lo diferencia de un pulsador, en donde no hay enclavamiento.

En la figura 4, el chip conectado para hacerlo funcionar como un flip-flop, como un multivibrador biestable.

- La alimentación es en el pin 8 y puede ser de 4.5 a 16 voltios.

- A negativo (masa) el pin 1

- El pin 2 (Trigger: Disparador) provoca que la salida (pin 3) sea a nivel alto, el dispositivo conectado se encenderá.

- El pin 6 (Umbral: Threshold) cuando se activa pone la salida (pin 3) a nivel bajo, el dispositivo conectado se apagará.

Tanto en la patilla 2 como en la 6 vemos unos círculos que serán los pulsadores que hay que tocar para encender/apagar el dispositivo conectado al pin 3 del 555 (la radio en nuestro caso). Estos pulsadores pueden ser simples chinchetas metálicas conectadas con cables.

Al tocar cualquiera de ellas el 555 cambia de estado, pasando su pin 3 de nivel alto a bajo y viceversa.

Un hecho importante: Cuando pulsamos ON (sensor pin 2) la tensión en pin 3 será nivel "alto", pero no será la misma que la de alimentación (9v en el esquema) sino 1.7 voltios menos. En este caso la tensión sería de 7.3 voltios, esto hay que tenerlo en cuenta.

La intensidad máxima que el 555 puede entregarnos en su pin 3 es de unos 200 mA. No está mal para ser un chip, y nos valdrá para muchas aplicaciones, pero en nuestro caso con la radio podemos quedarnos cortos. Hay que tener en cuenta que la radio con su amplificador de audio de 1W más el consumo de la propia radio (TDA7000) puede alcanzar y sobrepasar esos 200 mA, así que en el esquema siguiente de la figura 5 veremos otra versión de este mismo esquema con varias mejoras.




Esquema del interruptor táctil. Versión mejorada

[Fig 5] Interruptor táctil. Circuito mejorado

Es el mismo esquema anterior, con dos diferencias:

1) Ahora la versión de circuito integrado 555 es de tecnología CMOS. Concretamente un TLC555. Su apariencia es igual que la del 555 estándar, y su orden de patillas igual.

¿Qué aporta la versión CMOS?

Un consumo mucho menor en modo standby.

A diferencia de un interruptor convencional mecánico en donde el consumo es cero cuando está en "off", estos sistemas táctiles tienen un consumo, cierto que reducido, pero consumo. En el caso del 555 estándar y a 7v ese consumo es de unos 4 mA. Muy poco, pero este consumo puede agotar la pila de la radio al cabo de varias semanas aunque no la usemos.

La versión CMOS del 555 tiene un consumo treinta y cinco veces menor en modo standby: Tan sólo 0.1 mA (100 µA), lo que hace que la pila dure... treinta y cinco veces más en caso de no usar la radio. Si con el estándar la pila dura un mes en modo standby, con el CMOS durará 35 meses, tres años, o sea que la pila moriría de vieja más que gastada.

Dónde conseguir el TLC555, versión CMOS del 555: TLC555

Todo esto, por supuesto, son preocupaciones a tener en cuenta sólo si la radio se va a hacer funcionar a pilas.

Otra diferencia del CMOS respecto al estándar (en nuestra contra) es que la intensidad máxima en la salida (pin 3) es ahora la mitad: Unos 100 mA, pero esto no es problema según vemos a continuación:

2) Ahora no conectaremos directamente el dispositivo a accionar (la radio) al pin 3 del 555: En su lugar, intercalaremos un transistor tipo NPN que, con su efecto amplificador, nos permitirá gestionar cargas que consuman mucho más que los 100/200 mA que permiten los 555

Podemos elegir entre varios transistores para el consumo previsto según la tabla en la figura 5. He elegido el transistor TIP31, económico y que permite trabajar con hasta dos amperios, corriente muy superior a la que consumirá la radio. Este transistor no se calienta lo más mínimo y no necesitará disipador. 

La corriente de base en los transistores no necesita ser muy alta para hacerlos conmutar, por eso ponemos la resistencia de 220Ω entre pin 3 de 555 y base de Q1. Con esto evitamos que el 555 tenga que entregar una corriente innecesariamente alta.

Importante: Ahora, la tensión obtenida en la salida sí es la misma que la de alimentación. No perdemos esos 1.7 voltios como ocurría en el circuito versión básica. Otra ventaja más...

Ahora sí que lo tenemos:

- Gran sensibilidad al tacto
- Consumo inapreciable (0.1 mA) en standby
- Posibilidad de manejo de corriente elevada



Prueba en protoboard

Este circuito se monta en un instante. Primero probé con la versión básica del esquema (fig 4), y las cifras coinciden con el datasheet: Consumo en standby: 3.5 mA. Puse una vieja radio para probar el circuito. La conmutación on/off se realiza de forma impecable, sin fallos, como podéis apreciar en el vídeo.

Después, sustituí el integrado 555 standard por uno CMOS. Usé la misma radio para probar. Nuevamente, coincide con el datasheet el consumo standby: 100 µA. La conmutación tampoco falla.




Lista de componentes

Este no es un proyecto por sí mismo. Necesita formar parte de otro. Por eso no haré montaje en este vídeo. Lo haré en el vídeo correspondiente al "Circuitos ÚTILES 10. Radio FM", que será el que lo incorpore.

Los componentes para este interruptor táctil son:

- Circuito integrado 555 (standard o CMOS, según las exigencias). Nosotros usaremos el CMOS

- Dos resistencias de 3M3Ω, (3,300,000 Ω), naranja-naranja-amarillo 1/2W

- Una resistencia de 220Ω, (rojo-rojo-marrón) 1/2W

- 1 condensador poliéster 10 nF (tensión, la mínima, p.ej: 63v)

- 1 Transistor TIP31





El vídeo

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