sábado, 26 de diciembre de 2015

Dispositivo de descarga de condensador (CDU)

Normalmente nuestros motores de desvío obedecen las órdenes que les enviamos a través de los decodificadores de accesorios o directamente, por ejemplo, desde el teclado del tablero de control óptico (TCO)... aunque siempre pueden haber "excepciones a esa obediencia". Este artícuo es un avance...atentos al nuevo decodificador de accesorios K85.



¡Qué bien cuando nuestros desvíos funcionan como deben hacerlo!. Obedecen las órdenes de nuestro programa de ordenador y dirigen nuestros trenes según "el plan previsto". Una delicia!. Con el tiempo y otros factores los motores de los desvíos pueden dejar de ir "tan finos", y según aumentan los fallos empezamos a sentir una cierta inseguridad frente a la explotación automática de la maqueta...porque no vamos a cambiar los motores así, a las primeras de cambio... A veces se resuelve con alargar la duración de los impulsos eléctricos que accionan los desvíos, el mecanismo va algo más "duro", no se desliza tan bien como antes y ese extra de tiempo consigue que el cambio se realice correctamente, Aunque de vez en cuando se sigue produciendo algún fallo. Deberíamos desmontar el desvío para limpiarlo, para hacer algo de mantenimiento, pero... ¡ya está decorado... HORROR!.

En algunos círculos de aficionados es popular un sistema de mando de desvíos denominado "dispositivo de descarga de condensador". Funciona entregando al desvío una cantidad de energía mayor de la habitual descargando la que tiene almacenada un condensador de gran capacidad. La bobina recibe 20-25V en lugar de los 16V habituales pero sólo durante un breve instante, durante poco mas tiempo del necesario para actuar. Una vez descargado el condensador ya no entrega corriente por lo que la bobina no puede quemarse.



La "cosa " no está mal, pero debemos accionar otro desvío a continuación... hemos de cargar ese condensador rápidamente. La resistencia que carga el condensador debe ser capaz de dejar al condensador listo para su uso muy rápidamente. Su valor debe ser bastante bajo para poder hacerlo. Pero... ya estamos... si su valor es muy bajo, cuando accionemos el desvío, por su bobina circularán tanto la corriente que entrega el condensador como la que proporciona la resistencia... y eso, con seguridad, es excesivo.Y en nuestro auxilio viene la electrónica:


En este esquema el condensador se carga mediante un transistor que le proporciona una alta corriente, polarizado por la resistencia R1. La carga es prácticamente instantanea pero, al contrario que en el ejemplo anterior, cuando se acciona la bobina del desvío, se desconecta la carga del condensador: Cuando conectamos la bobina al circuito (accionamiento del desvío) se provoca una caida de tensión en el diodo D1, que conduce la corriente que va a la bobina). Por ello la base del transistor recibe un voltaje menos positivo que su emisor (a pesar de la resistencia) con lo que se interrumpe la conducción del transistor y la carga del condensador. Cuando se desconecta la bobina la base vuelve a ser positiva respecto al emisor y se reanuda la carga instantanea del condensador. "Et voilà", tenemos el circuito listo para un nuevo uso.

Este último circuito estará incluido en el nuevo decodificador de accesorios que estoy fabricando... que motivará un próximo artículo del blog.

jueves, 22 de octubre de 2015

LEDs bicolor.

Frente a los LEDs de un único color existen otros que en la misma "ampolla" emiten varios colores. Este artículo no pretende ser una disertación teórica, sólo una aproximación al uso práctico de diferentes tipos de LEDs... y vendrán más artículos dedicados a éste y a otros componentes electrónicos.



Hace algún tiempo que los diodos LED están a nuestro alrededor ( LED en la Wikipedia ). Los más habituales están encapsulados en un plástico translúcido del color de la luz que emiten. Desde hace algún tiempo se fabrican LEDs que emiten luz de varios colores, normalmente de alta luminosidad, la cápsula es transparente o translúcida sin tinte alguno.

Los LED multicolor se fabrican integrando varios "chips" LED en un mismo encapsulado. Las luces de diferentes colores se consiguen haciendo pasar la corriente por los diferentes "chips", y para ello debemos "dirigirla" por los diversos pines. Para que se encienda un LED aplicaremos el positivo de la fuente de alimentación al ánodo y el negativo al cátodo, SIEMPRE A TRAVES DE UNA RESISTENCIA..


Hay LEDs bicolores de 2 y de 3 pines (al menos entre los no SMD*). Los de 2 pines emiten luz de uno de los colores si conectamos el polo positivo al, pongamos pin "1", y el negativo al pin "2". Seleccionaremos el otro color si conectamos el polo positivo al pin "2" y el negativo al pin "1". Tanto el pin "1" como el "2" estarán conectados internamente a el ánodo de un LED como al cátodo del otro LED.



 Los LEDs bicolores de 3 pines (los que no son SMD y algunos SMD*) pueden ser fabricados en dos configuraciones diferentes: ánodo común (AC) y cátodo común (CC). En la primera los dos LEDs están unidos por el ánodo, que es el terminal común. A él se conecta el polo positivo y se provoca el encendido del LED correspondiente conectado el polo negativo a uno o a otro cátodo. Los de cátodo común tienen comunicados los dos cátodos y se encenderán conectando éstos al negativo y el ánodo del color elegido al positivo. La configuración más frecuente en la industria es la CC. La elección de uno u otro modelo de LED dependerá del tipo de dispositivo que los pilote.





Una aplicación muy interesante de los LEDs bicolor de ánodo común es la de iluminación de luces blancas delanteras / rojas traseras de nuestras locomotoras en la misma "óptica". Un mismo foco se encenderá de color blanco cuando "avance" y rojo cuando "retroceda". Si lo controlamos con un decoder solemos tener un común "positivo" y seleccionaremos el color con un cable "negativo" de la salida de función correspondiente. El común del decodificador irá al ánodo común y los de función que enciendan las luces delanteras / traseras irán conectados a los cátodos de los diferentes LEDs.

Existen LEDs bicolores SMD con tres terminales aunque tambien son habituales los que contienen dos LED completamente independientes ( en cápsula de 4 terminales ). En este caso es posible conectarlos como queramos (por ejemplo varios diodos bicolor en serie).

Los LED, como todos los diodos, tienen un voltaje directo característico que depende de diferentes factores como la tecnología de fabricación, el color, corriente que los atraviesa, temperatura... y, al contrario de lo que unos pocos sostienen, debe suministrarse la corriente controlando la intensidad y no el voltaje. Para ello solemos usar resistencias (puede ser interesante que leas el artículo: El LED es él y sus... resistencias). En el ejemplo anterior un LED rojo tiene un voltaje directo menor que un LED blanco, por lo que la resistencia que pondremos en serie con el LED rojo deberá ser de un valor mayor que la del LED blanco para permitir el paso de la misma corriente para ambos LEDs con el mismo voltaje de la fuente de alimentación. Debemos encender cada LED con su propia resistencia (aconsejo el montaje del útil descrito en el artículo del blog citado antes).

 Y ya que estamos... ¿por qué no utilizar otra salida del decodificador para hacer que la luz de largo alcance del testero se ilumine con mayor intensidad al activar... por ejemplo... F2?


Existen LEDs multicolor que permiten emitir en prácticamente todos los colores, son los RGB. Se trata de 3 LEDs en un mismo encapsulado, un LED rojo (R), otro verde (G) y otro azul (B). Un uso práctico actual son las pantallas de información en color que forman grandes dispositivos de presentación que permiten incluso reproducir video. Cada LED RGB constituye un pixel de una pantalla.

¿Que a qué viene sacar ahora estos LEDs "tan peculiares"?. Porque serán algunos de los artículos que ofreceré en la tienda online que estoy preparando y que pronto anunciaré.

* Componentes de tecnología de montaje superficial, no necesitan taladros en el circuito impreso para su montaje.

domingo, 12 de abril de 2015

Cables... y lineas en un papel: esquemas.

Cuando planificamos nuestra maqueta tenemos en cuenta la superficie disponible, la escala, la época a representar... el presupuesto... Solemos hacer diagramas de bloques que representan el flujo de accesorios y su relación entre ellos: 3 retromódulos s88 con sus cables a las vías, el bus entre ellos y una línea entre el primero de ellos a la central..., un transformador por aquí... ¿Cuántos de nosotros hacemos un esquema REAL de la instalación eléctrica de la maqueta que haga posible seguir TODAS las señales?. ¿Cómo podemos representar fielmente el cableado de la maqueta para su posterior consulta y "no morir en el intento"?



Hay varias maneras de simbolizar los diferentes elementos eléctricos. En el ámbito electrónico, por ejemplo, a veces se utilizan diferentes sistemas según la localización geográfica de quién hace el esquema. En Europa está extendido representar una resistencia con un rectángulo, en Norteamérica lo suelen hacer con una linea quebrada.

En cuanto al diagrama de conexión de los diferentes elementos que componen una máquina hay aún más variedad. ¿Cuál es el más adecuado para mi maqueta? Pues depende de cómo sea ésta. Vamos a ver unos ejemplos.

Ejemplo 1

Ejemplo 1: Una máquina que contiene unos transformadores (T1-T2...), varios conmutadores (A2-A3...), motores (M2...), un rectificador (PR), un circuito impreso de control (C.I.)... Las líneas son los cables que conectan los diferentes elementos y cada uno realiza una función. Reconocemos unos símbolos con aspecto de flechas que parecen simbolizar unos conectores ya que la zona denominada "ALIMENTADOR" es externo al cuerpo principal de la máquina. El original de este esquema está contenido en una hoja de formato A4. Vamos bien de espacio. La máquina es una caja metálica de aproximadamente 1m x 1m x 0,6m, mas el alimentador: una caja del tamaño de una maleta de viaje conectada a la máquina por una manguera de cables y tubos de conducción de fluidos. No es un gran proyecto y no tiene prevista ampliación. La máquina "es lo que veis".

Este es un sistema de representación válido para una pequeña maqueta que no tengáis pensado ampliar. Algo que no vaya a crecer mucho y que podáis diseñar casi "de una sentada".

Ejemplo 2

Ejemplo 2: Otra máquina de soldadura con un sistema diferente de esquematización. La máquina es sensiblemente más compleja que la anterior aunque ocupa aproximadamente el mismo volumen. Tenemos unos bloques con un nombre "A", K3", "M3"... . Los elementos "A", "B","C"... son circuitos impresos (¿podríamos representar K83-K84-s88?). "M" son regletas de bornas (morsetera en italiano), "K" son relés, contactores (con símbolo medio americano medio europeo), los potenciómetros "P1","P2","P3"... (representados "a la americana").... Hay una línea que recorre todo el esquema que es la representación de un manojo de cables (¿bus?). Vemos que cuando un cable sale de un bloque y se "sumerge" en ese manojo de cables, éste nos sugiere hacia dónde va con la curva que el cable coge al unirse al bus. Pero ¿Cómo sabemos a dónde va ese cable que sale, por ejemplo, del terminal "B2" del circuito impreso "A1"?. Tiene marcado un "P3-14". Debemos buscar "P3" (potenciómetro). Vemos que el potenciómetro "P3" tiene tres cables conectados, ¿cuál es?. Pues por el mismo sistema por el que hemos ido a buscar "P3" hemos de buscar el cable "A-14", el cable que va al elemento marcado como "A" y el cable 14. ¿No os parece un poco liado?, a mi sí.

Este complejo sistema tiene algo muy bueno respecto al del ejemplo 1: Permite la "fácil" modificación y ampliación. No tienes más que añadir piezas que se conecten al bus (o añadir otro bus) y poner junto a cada cable su destino. Si no te caben en una hoja lo dibujas en otra, siempre unidas por los mismos manojos de cables.

Sin embargo os aseguro que no es el sistema de esquematización que más deseo ver cuando tengo la suerte de disponer de un esquema para reparar una máquina. Me cuesta mucho seguir las señales y mantener el circuito en mi mente.
Ejemplo 3


El ejemplo 3 es mucho más complejo de representar pero tiene múltiples ventajas. Es la página 49 de las más de 80 páginas que describen el cableado de una parte de una complicada máquina. El armario de control mide 5 metros de ancho y 2 metros de alto. Tiene componentes eléctricos por las "dos caras", puertas por delante y por detrás (equivaldría a un armario de "una cara" 10 metros de ancho por 2 de alto). ¿Os imagináis los cientos de elementos de la máquina representados con la misma filosofía de los anteriores ejemplos?: el caos.

Detrás del esquema del ejemplo 3 hay una gran empresa de ingeniería italiana. Su sistema me parece apropiado para esquematizar nuestras maquetas. Es el escaneado de la fotocopia de una fotocopia, espero que podáis apreciar los elementos clave. En la parte superior vemos una fila llamada "SERVIZIO" (recuerda que es un plano italiano). Es el nombre de lo que hace o a qué se dedica el componente eléctrico que vamos a representar en esa columna. La fila inferior nos dice en qué parte del armario podemos encontrar ese componente eléctrico. Dado que el esquema pertenece a una parte de las conexiones de un PLC (controlador lógico programable) nos indica a que parte del PLC afecta el esquema (bloques de conexiones del PLC 1 y 2). Físicamente el PLC ocupa 1 metro cuadrado en el armario de control. Es un Simatic "S7 de tres pisos". La siguiente fila nos informa de dónde viene la señal. Tomemos como ejemplo el número 10.4. Se trata del cable que "sale" del plano 10 columna 4 (¿Veis los números en la parte superior de la hoja, en la línea límite del esquema?, en la parte más a la derecha se ven letras, juntos forman coordenadas). La página 10 corresponde a una de las hojas donde se representa al PLC. La siguiente fila es la correspondiente a la numeración del regletero de conexiones. En los cuadros de maniobra industrial hay un punto donde se pueden conectar los cables que entran o salen del armario: la regleta de conexiones. Cada elemento de ese regletero está numerado y allí, con ese número que encuentras en el esquema, es donde encontrarás esa señal. El número que "baja con el cable" es eso, el número de cable, y va en una etiqueta sujeta a él de modo que, por ejemplo, el cable etiquetado como 49-13, será: página 49 cable 13. En esta página no hay dos cables con el número 13, los números de cable, lógicamente, no se repiten.

Parece un montón de información redundante, pero realmente hace que no te líes entre tanto cable. De un vistazo obtienes la información que buscas sin que tengas que dejar "el hilo de lo que persigues" para obtenerla. Os aseguro que es más sencillo seguir el esquema de este ejemplo que el del ejemplo 2.

Cuando te encuentras en la situación de seguir un cable en tu maqueta, uno de esos que pusiste hace dos años o más y que ahora no recuerdas qué papel tiene en ese lío que llamas tendido eléctrico de tu maqueta, verás que el haber documentado todo bien es primordial. Aquellos de vosotros que os dediquéis a la programación informática sabéis lo "duro" que es revisar un programa no comentado. Nuestra maqueta es algo parecido. O dejas pistas de qué hace cada pieza y por qué está ahí o perderás mucho tiempo preguntándotelo cuando tengas un problema y vuelvas sobre ello, tiempo después.

No debemos tener miedo a separar el esquema por secciones. Para saber dónde encontrar cada cosa es muy útil hacer un índice donde quede reflejado dónde encontrar cada sección del circuito eléctrico de la maqueta: transformadores, central, retroseñalización, decodificadores de semáforos, desvíos...

Durante la planificación de la maqueta seguramente hemos hecho muchos "garabatos" buscando el mejor trazado para las vías. Con la cantidad de cables que vas a instalar amortizas el tiempo que dedicas a los esquemas con la primera avería o mal funcionamiento del sistema.

sábado, 21 de febrero de 2015

El LED es él y sus... resistencias.

A menudo nos enfrentamos a la labor de elegir resistencia para nuestros leds. Podemos calcular el valor de la resistencia de manera teórica, o podemos emplear instrumentos más o menos específicos para esta aplicación. Este es uno de los temas que se trataron en el curso de Rail Digital de digitalización de locomotoras, en noviembre-diciembre de 2014 ( resistencias para LEDS y relés ).



Los diodos LED son un caso especial de diodo semiconductor en el que en su construcción se potencia la emisión de luz cuando pasa por él la electricidad. Como otros diodos los LED tienen un terminal llamado ánodo y otro llamado cátodo. Para que el diodo LED emita luz debe conectarse el polo positivo al ánodo y el negativo al cátodo.


Al circular la corriente eléctrica por el LED queda a la vista una de las características : el voltaje directo ( Vf, forward voltage ). Se trata de un voltaje "que se pierde" al circular la corriente a través del LED. Una caida de tensión característica. Este voltaje suele depender del color del LED. Estos diodos están fabricados partiendo de compuestos semiconductores con base de arsénico, galio, indio, aluminio, etc, y de ellos depende el color de la luz que emite. El valor de este voltaje debe venir indicado en su hoja de características ( datasheet ).

Caidas de tensión características
 La tabla anterior muestra unos voltajes aproximados. Siempre debe acudirse a la hoja de datos.

¿Por qué insisto en el voltaje directo?, veamos el procedimiento de cálculo de la resistencia que vamos a conectar en serie con el LED:



Vemos el voltaje de alimentación Vs ( de una pila, del decoder de la locomotora... ) y más a la derecha encontramos el comentado Vf. Para el cálculo de la resistencia debemos restar de la tensión de alimentación el voltaje directo: Vs - Vf. Si, por ejemplo, medimos la tensión que nos proporciona un decoder en su salida de función F2 ( p. ej. 19V ) y vamos a colocar un LED rojo ( aproximadamente 2,1V ) veríamos que en la resistencia deberán caer 19 - 2,1 = 16,9V.

Aparece otro parámetro, la corriente directa ( If ). Se trata de la corriente que circula por el diodo y que provoca su encendido. De nuevo debemos leer la hoja de características para saber de qué márgen de corriente disponemos. Si no sabemos la intensidad máxima continua, por lo general y por precaución, no debemos hacer circular más de 20 miliamperios ( 0,02 A ). ¿Cuál es la corriente óptima para nuestra aplicación?. De momento deberemos elegir un valor y probar. A más intensidad más luz emitirá un LED, pero hemos de tener en cuenta que a veces más luz no es necesariamente mejor. Depende del efecto que queramos conseguir con ese LED. Mas adelante veremos cómo construir un accesorio que nos ayudará en el futuro.

Supongamos un valor intermedio, 10mA. Según la fórmula de la figura anterior (no es más que una aplicación de la ley de Ohm) 16,9V / 10mA = 16,9V / 0,01A = 1690 ohmios. Como normalmente nos vemos obligados a adquirir valores estándar de resistencia, compraremos una resistencia de 1500 ohmios si disponemos resistencias del 10% de tolerancia ( serie E12 ), o mejor 1600 si la resistencia puede ser del 5% ( serie E24 ). La corriente final quedaría 16,9V / 1600 ohm = 10,6mA. Podemos trabajar con un cierto error, porque ni el voltaje será siempre de 19V, ni el LED que compremos tendrá exactamente ese voltaje característico exacto ni la resistencia será realmente de 1600 ohmios. Lo interesante es mantenernos dentro de un márgen de seguridad, alejados del valor máximo de intensidad soportable por el LED. Es muy importante saber que no podemos alimentar a un led con una fuente de un voltaje sin resistencia de limitación de intensidad. Lo mismo que hemos hecho para un LED rojo podemos repetirlo para un LED blanco, sólo hemos de actualizar el voltaje directo y escoger la intensidad.

La intensidad... ¡claro! esa es la cuestión: ¿cuál?. Porque si estamos tratando con un LED de alta eficiencia, tal vez con una intensidad de 2mA tengamos bastante para conseguir la luz deseada. ¿Y si vamos a instalar 3 luces blancas en el testero y queremos que las dos luces inferiores iluminen menos que la luz de largo alcance?. Mejor que calcular ¿no sería ver los resultados prácticos?. Voy a proponer un circuito casero que nos va a ayudar a encontrar esa corriente directa. Necesitamos un potenciómetro lineal de alrededor de 2000 ohmios ( 2K o 2K2 valdría de hasta 5K, mejor si es bobinado, aunque es más caro) y una resistencia ( llamémosla Rt ) de unos 40-60 ohmios. Vamos a soldar la resistencia al potenciómetro de la manera que vemos en la foto:



La resistencia Rt sirve para limitar la corriente en caso de que el potenciómetro esté girado "todo a la derecha", en su posición máxima, y aprovecharemos su presencia para medir la corriente, si no queremos o no podemos utilizar un amperímetro.

En primer lugar gira el potenciómetro a su izquierda, al tope de su posición mínima, y mide el valor de la resistencia Rt. En mi caso son 46,5ohmios. Luego prepara el siguiente circuito:


Los cables que vienen de la derecha (junto al led rojo de 3mm) son de la fuente de alimentación, regulada a 19V. El multímetro está leyendo el voltaje en paralelo con la resistencia Rt y en este caso mide 0,444V. Debemos girar el potenciómetro hacia la derecha hasta que obtengamos el brillo requerido del LED. Cuando consigas que el LED brille como necesitas para la aplicación, sólo tienes que desmontar el circuito y leer con el multímetro el valor de la suma de la resistencia del potenciómetro (con el cursor en la posición elegida) y la resistencia Rt. En este caso son 1804 ohmios. Este valor es fácil de conseguir: 1K8 ohmios. ¿Quieres saber qué intensidad circula por el LED?. Entonces medimos el voltaje que cae en la resistencia (0,444V en la foto). Luego según la ley de ohm I = V / R, I = 0,444V / 46,5ohmios = 0,0095A, o sea 9,5mA.

Es conveniente tener el voltímetro conectado a la resistencia Rt mientras regulas el potenciómetro para tener una idea aproximada de la corriente y no superar la máxima soportada por el LED (en este caso 46,5 ohmios x 0,02A o sea 20mA = 0,93V ).

En el ejemplo anterior de las luces blancas en el testero, haríamos una medición para encontrar la resistencia necesaria para la luz de largo alcance, y posteriormente otra medición para la que conectaríamos en serie los dos LEDs inferiores. Haríamos esta segunda medida de su correspondiente resistencia asumiendo que Vf es el doble del voltaje de un LED individual ( ¡claro, son dos LEDS! ).

Hay una precaución que debemos tomar: el voltaje inverso del LED es, normalmente, de unos 5V. Si lo conectamos con la polaridad cambiada durante las pruebas corremos el riesgo de averiarlo. Comprueba la polaridad del LED, normalmente la encontrarás en su hoja de datos. Si no estás seguro, utiliza un multímetro en posición de prueba de diodos. Un multímetro digital "ofrecerá" el polo positivo por el cable rojo y el negativo por el cable negro. Un multímetro analogico, normalmente, lo hará al reves.

Los valores del "circuito de resistencia de LEDs" que he propuesto son aproximados. Si normalmente trabajas con voltajes de más de 12-15V puedes usar una resistencia en serie superior a los 100 ohmios. Si el valor es mucho más alto ( >820 ) puedes tener alguna dificultad con el circuito cuando trabajes con 4 - 6V.

Mientras que en nuestro circuito casero no es muy importante, ya que sólo funcionará unos instantes, para comprar la resistencia definitiva a conectar a los LED debemos saber de qué potencia debe ser. Para calcularlo usaremos la ley de Watt y para el ejemplo anterior: P = I x V = 0,01A x 16,9V = 0,165W. Podría ser suficiente una resistencia de 1/4 de vatio ( 0,25W ), que es un valor de potencia muy común. Recuerda hacer este cálculo ya que si no dimensionas bien la potencia de la resistencia, ésta puede calentarse y, por ejemplo, deformar los plásticos de la locomotora. Las resistencias de 0,5W apenas son mas voluminosas que las de 0,25W y son más seguras en cuanto a la temperatura que podrían alcanzar. Así que puede ser una buena costumbre utilizar una resistencia de al menos el doble de la potencia necesaria. Para terminar deja los LEDs encendidos unos minutos y comprueba la temperatura de las resistencias una vez las hayas instalado en su sitio definitivo, antes de cerrar los vagones o locomotoras.

Si eres "curioso" puedes instalar la resistencia y el potenciómetro en una cajita de plástico típica de montajes electrónicos.

PD: El sentido de circulación de la corriente eléctrica que se ha considerado en este artículo es el sentido convencional, del polo positivo al polo negativo.

jueves, 5 de febrero de 2015

¿Quo vadis s88?

El viejo y denostado s88. Ha sido acusado de muchas de las irregulares respuestas de los programas de control por ordenador. En los artículos en los que hemos tratado del cableado de la maqueta ya hemos visto que no siempre es culpa de su "primitivo diseño". ¿Revisamos un poco el concepto?.