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jueves, 14 de abril de 2016

CIRCUITOS ÚTILES 15. Ladrón de JULIOS



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ÍNDICE

1. ¿Qué es un ladrón de julios?
2. Esquema y funcionamiento
3. Material necesario para hacer un ladrón de julios
4. Prueba del ladrón de julios en PROTOBOARD
5. Montaje
      5.1. El transformador toroidal
      5.2. Resto del circuito
6. Usos típicos
      6.1. Para extraer energía de una pila gastada
      6.2. Para elevar la tensión
      6.3. Como oscilador
7. Encender un LED de 3 voltios con tensiones de 0,7 a 1,5 voltios
8. El Vídeo
9. Otros proyectos que también te pueden interesar
10. Toda mi colección de vídeos de Youtube



1. ¿Qué es un ladrón de julios?

A este circuito a menudo se le muestra con un halo de misterio y a veces incluso se afirma que puede dar "energía libre", lo que parece ser un sinónimo de "energía infinita", y con ello ya nos metemos en el terreno de lo magufo.

Nada de eso.

Un ladrón de julios no es más que un pequeño inversor basado en un sencillo oscilador. Como todo inversor, puede convertir una corriente continua de una tensión determinada en otra corriente con una tensión mayor.

Decimos que una pila "se gasta" cuando no hace funcionar al aparato que la incorpora. Pero eso no quiere decir que la pila esté gastada al 100%. Cuando un mouse o mando a distancia deja de funcionar, si se extrae la pila y se mide su tensión, se comprueba que no es de cero voltios. Si por ejemplo es una pila de 1,5 voltios, quizás hayan 1,1 voltios o 0,9 voltios. Es decir, la pila sigue teniendo energía a pesar de estar "gastada".


Y aquí es donde el ladrón de julios se luce. Si tomamos una pila de voltio y medio gastada (supongamos que ahora tiene 0,9 voltios) y la conectamos a un ladrón de julios, obtendremos una tensión superior a esos 0,9 voltios, y podemos hacer funcionar aparatos que necesitan más tensión, por ejemplo, un LED a tres voltios.


Fig 1. El ladrón de julios

De ahí el nombre de "ladrón" de julios. El julio es una unidad de energía, y lo de "ladrón" es porque es capaz de extraer los "últimos suspiros" de una pila.



2. Esquema y funcionamiento

Hay muchas variantes de ladrón de julios, pero son variaciones sobre un mismo tema.

El ladrón de Julios también recibe el nombre de oscilador de bloqueo por su forma de trabajar. Veamos su funcionamiento según el esquema siguiente de la figura 2


Fig 2. Esquema de un ladrón de julios con información adicional sobre componentes.

El negativo de la pila de la izquierda está conectado al emisor de T1, y el polo positivo de la pila al colector del mismo transistor. En estas condiciones, se produce los siguientes hechos:

1) El transistor T1 está polarizado directamente, comienza a conducir

2) En el bobinado b1 se produce un pulso de fuerza contraelectromotriz (las bobinas se oponen a los cambios de corriente generando un pulso de corriente en sentido contrario), y ese pulso es de un voltaje superior al aplicado. Si el voltaje aplicado es de 1,5 voltios, el pulso bien puede ser de 6 voltios, por ejemplo.

3) El pulso anterior generado por la bobina b1, con una tensión mayor que la aplicada es la explicación de porqué el ladrón de julios eleva la tensión.

4) En el bobinado b2 se induce también un pulso de tensión, que en el extremo "B" del bobinado es negativo, aplicado a la base de T1 lo bloquea, hace que deje de conducir. La resistencia R1 es para limitar la corriente y evitar que T1 se destruya ya que la base de un transistor maneja mucha menos corriente que el emisor y/o el colector.

5) Y estamos en las mismas condiciones que en el punto 1), con lo cual el proceso de vuelve a repetir.

Se puede ver que este circuito se trata en realidad de un oscilador. La frecuencia a la que oscila depende del valor de inductancia del toroidal así como otros parámetros del circuito tal como capacidades parásitas de los componentes. Pero típicamente es de miles o decenas de miles de Hz.

Si ponemos un LED de alto brillo de 3 voltios a la salida, éste lucirá a pesar de que el circuito está siendo alimentado por 1,5 voltios. Como ya dije, esto es posible gracias a los pulsos que genera la bobina b1 del toroidal.

No hay que temer romper el LED siempre que nos mantengamos con unos componentes como los de este esquema, y no introduzcamos más de 1,5 voltios a la entrada. Tampoco importa el hecho de que en la salida tenemos corriente alterna y no continua: El LED no se romperá por la polarización inversa ya que se trata de un voltaje bajo. 

Y no veremos parpadear al LED debido a que esa alterna es de cientos o miles de HZ, lo que hace que nuestra inercia visual lo perciba como fijo. Esto está bien: Nos ahorraremos poner un rectificador. Sólo si el dispositivo a alimentar necesita forzosamente continua (por ejemplo, una pequeña radio) pondremos un rectificador a la salida.




3. Material necesario para hacer un ladrón de julios

Sólamente tres componentes son necesarios:


Fig 3. De izquierda a derecha: Transistor, resistencia y bobina

























- Un pequeño transformador toroidal. Nos lo haremos nosotros, y el núcleo toroidal se puede extraer de una vieja fuente. Las de ordenador suelen llevar varios toroides.

- Un transistor NPN de uso general. Un tipo común es el 2N2222

- Una  resistencia de 1K a 2.2K, de 1/4 W será suficiente.


4. Prueba del ladrón de julios en PROTOBOARD
Fig 4. Ladrón de julios montado en protoboard

En un momento dispongo los componentes en el protoboard y pruebo con una pila. Funciona a la primera. El LED se ilumina con buen brillo alimentando el circuito con 0,9 voltios de una pila gastada.

Puede ser que el circuito no funcione a la primera. En ese caso prueba a invertir los extremos del toroidal, rotulados como "A" y "B" en el esquema de la figura 2.






5. Montaje

La única parte que lleva algo de trabajo (pero no es complicado) es hacer el transformador toroidal. Voy a hacer este circuito (lo más reducido posible, juntando los componentes al máximo) porque seguramente lo usaré como un componente más en un próximo vídeo, 

5.1. El transformador toroidal

Una vez hayamos conseguido un núcleo toroidal de una fuente inservible, le quitamos el bobinado y dejamos el núcleo limpio. Vamos a hacer las dos bobinas simultáneamente para obtener una toma central.


Fig 5. Transformador toroidal con la toma central ya realizada.

Tomamos dos trozos de hilo esmaltado de cobre de 0,35 (vale de 0,20 a 0,40) y que mida 1,5 metros de largo cada uno. Ponemos los dos hilos juntos y comenzamos a bobinar con ese hilo doble. No importa en qué sentido, pero debemos hacer todo el bobinado en el mismo sentido, intentando cubrir todo el núcleo. Considero que no es necesaria la herramienta lanzadera para bobinar ya que solo vamos a bobinar un metro y medio de cable.Al terminar de bobinar tendremos dos pares de cables

- El par con el que iniciamos el bobinado
- El par con el que terminamos el bobinado.

Para hacer la toma central haremos igual que en el trafo toroidal del inversor de 600W: Tomamos un hilo del par de inicio y lo unimos a un hilo del par con el que terminamos, pero no seleccionaremos dos cables al tun-tun: Tenemos que asegurarnos que los cables que elegimos no pertenecen al mismo trozo de hilo. Esto lo podemos averiguar con el polímetro: Seleccionaremos una pareja de extremos que den infinito midiendo en ohmios. Unimos y soldamos esos dos extremos de hilo: Esa será la toma central.


Fig  6. El par de hilos de la foto izquierda son aptos para unirlos y formar la toma central
El par de hilos de la foto derecha no valen para hacer la toma central: Son los extremos de un mismo cable.

No olvidar que hay que raspar los extremos de los hilos para retirarles el esmalte o será imposible soldarlos.



5.2. Resto del circuito

El resto es bien fácil: Soldaremos el resto de componentes entre sí. El núcleo toroidal hay que sujetarlo bien al circuito, pues con su peso tiene tendencia 
a soltarse o romper otras cosas en caso de golpes. Este circuito no lo voy a montar en este post/vídeo. Lo montaré en un próximo proyecto porque lo usaré en un gadget en donde será un componente más.



6. Usos típicos

El ladrón de julios tiene muchas aplicaciones:

6.1. Para extraer energía de una pila gastada

Como ya hemos visto, permite extraer energía de una o varias pilas que otros dispositivos consideran "gastadas".


6.2. Para elevar la tensión

Este mismo circuito pero con un tercer bobinado en el toroidal se usa para obtener tensiones bastante altas, de más de 300 voltios.


Fig 7. El flash de las cámaras está basado en este circuito.

Tal es el caso de las cámaras de fotos, que cargan un condensador de tipo electrolítico a más de 300V para accionar el flash. Y eso lo hacen a partir de los tres voltios que proporcionan las dos pilas que llevan. Incluso las cámaras desechables de bajo coste llevan este circuito. 



Ojo con las cámaras: Si se destapan y manipulan sin saber qué se está haciendo, pueden producir choques eléctricos peligrosos por este motivo.


Otro dispositivo popular que utiliza este circuito es el matamoscas eléctrico con forma de raqueta. En este caso, los 400 voltios obtenidos desde el ladrón de Joule (oscilador de bloqueo) son entregados a un triplicador y después de rectificados se alcanzan tensiones de casi 2000 voltios que cargan un condensador de baja capacidad (para que no sea letal para personas). 


Uno de estos chispazos puede fulminar a una mosca, avispa, mosquito, etc, hasta -literalmente- hacerlos arder.


Fig 8. Otro ejemplo de uso del ladrón de julios: Generador de alta tensión para matamoscas (casi 2000 voltios)




6.3. Como oscilador

Independientemente de que este circuito eleve o no la tensión aplicada, es indudable que tiene interés como oscilador en sí.



7. Encender un LED de 3 voltios con menos de 1,5 voltios

En el vídeo se hace una serie de pruebas para encender un LED de alto brillo usando una tensión desde 0,7 voltios hasta casi 1,5 voltios. 

El diodo LED brillará mas o menos. Podemos estar seguros de que el ladrón de julios está entregando 3 voltios, de lo contrario el LED no brillaría en absoluto.

El LED no muestra el más mínimo parpadeo gracias a que la corriente alterna generada es de una frecuencia bastante alta (cientos o miles de Hz) y nuestra inercia visual nos impide percibirlo.


Fig 9. El ladrón de julios haciendo funcionar un LED de 3 voltios con una alimentación de menos de un voltio.




8. El Vídeo





9. Otros proyectos que también te pueden interesar

Pesca: BOYA luminosa casera, sin pilas

Utilizando este circuito ladrón de julios y una pila casera de cobre-magnesio podemos hacer un ingenio dentro de una botella para utilizarlo en la práctica deportiva de la pesca, en modalidad "boya" o "flotador" en modalidad nocturna.



En lugar de utilizar una pila comercial o una barrita luminosa de tipo químico, obtendremos la luz con estos dos recursos: Ladrón de julios + pila casera.



Aquí tenemos un reto que superar: Mientras que la pila debe estar expuesta al agua de mar (para que funcione), el circuito ladrón de julios, por el contrario, debe estar totalmente a salvo del agua. Lo conseguiremos con una capa impermeabilizante con un procedimiento totalmente casero, pero eficiente al 100%






10. Toda mi colección de vídeos de Youtube

En Youtube, una "lista de reproducción" es una colección de vídeos, normalmente de una misma temática. A continuación tienes mis listas de reproducción:











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2 comentarios:

  1. Muy bueno y útil el artículo. Lo que deseo saber es si se puede comprar el toroide para hacer el tranformador o bobina. Ya que de no conseguirse en las tiendas de electrónica será imposible hacer la bobina y el ladrón de julios, ya que es extremadamente difícil conseguir eso usado. Saludos.

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  2. buen articulo, lo que me pregunto si se puede utilizar un toroide tal como biene en las fuentes de 10 puntas tres pares y tres nones dos mas delgados

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