(Clic en la imagen para ampliarla).
El sistema de telemando aquí mostrado no necesita de ninguna instalación particular, ya que las señales se transmiten por los hilos de la instalación eléctrica de su domicilio. Con ello podrá poner en marcha algún dispositivo conectado a la red eléctrica desde cualquier enchufe de su domicilio.
Durante muchos años, el la segunda mitad del siglo XX, se utilizaron (y aún se siguen utilizando) con frecuencia los interfonos HF
(Alta frecuencia) o sin hilos
que permitían la comunicación entre dos habitaciones de un mismo domicilio o incluso entre dos edificios sin ninguna instalación especial, enchufando los dos aparatos a simples tomas de corriente (enchufes) de la red eléctrica doméstica . Los hilos de la red suministran la energía (alimentación) a los aparatos y sirven también de soporte para la transmisión del las comunicaciones entre los aparatos de interfonía. En efecto, se puede superponer a la corriente de red eléctrica de 50 Hz (60 Hz en América) una componente HF modulada, capaz de propagarse a cierta distancia que depende de la potencia emitida y de la configuración de la red eléctrica del domicilio del usuario.
En el campo industrial, incluso las compañías de distribución de energía eléctrica también crearon y utilizaron vías de transmisión para comunicaciones de servicio superponiendo corrientes HF moduladas de gran potencia a la energía que transportan las líneas de alta tensión. Esto suministraba soportes de información baratos 100% independientes de las redes de telecomunicaciones, que permitían enlazar así las diferentes centrales de la red de distribución eléctrica con un máximo de fiabilidad.
En los ejemplos que acabamos de citar, la calidad del sonido resulta bastante mediana debido a los numerosos y violentos parásitos a los que son sometidos evidentemente los hilos o cables de red eléctrica que sirven de soporte de transmisión.
Sin embargo, se pueden realizar equipos de interfonía que pueden ofrecer una banda de transmisión de 20 Hz a 20 kHz para la señal transmitida junto con una eliminación de parásitos tan elevada como lo permitan los medios de que disponga el usuario. Estos equipos son eficaces en un entorno doméstico no demasiado parasitado, y son capaces de aesgurar en los límites de una vivienda de dimensiones medias o grandes, una transmisión BF de calidad parecida a la HiFi.
La siguiente figura es una reprentación muy esquemática de la distribución que cualquier compañía de distribucuión eléctrica proporciona a cada usuario. Los hilos de la instalación, de longitud no despreciable, presentan un cierto coeficiente de autoinducción y una capacidad (principalmente entre hilos) notable. Estos elementos reactivos no pueden ser considerados como localizados en lugares bien definidos del circuito, sino que están distribuidos a lo largo de toda la instalación. Todo ello equivale, pues, a una línea con constantes de tiempo repartidas, equivalente a infinidad de filtros de paso-bajo montados en cascada. Estos filtros no afectan significativamente a las corrientes de red de 50 Hz (las reactancias mostradas son bajas a 50 Hz), pero sí a frecuencias mucho más altas, por lo que atenúan bastante rápidamente las tensiones HF si su frecuencia es elevada. Además, la presencia del contador del abonado hace muy difícil que la HF pueda escapar de la instalación interior del abonado hacia la red de distribución, debido a los bobinados en serie que constituyen el contador (al menos, los contadores antiguos tradicionales). Y la estación de transformación de la zona constituye el último obstáculo infranqueable (además de la longitud de línea hasta la estación transformadora, que puede ser grande y atenuará mucho las señales de HF).
La instalación interior de una vivienda presenta, además de las constantes repartidas que le son propias, un cierto número de constantes localizadas representadas por los aparatos que se utilizan: resistencias (bombillas, aparatos de calefacción), bobinas (motores), condensadores (tubos fluorescentes, etc.). Son esencialmente estos aparatos los que van a absorber parte de la HF transmitida sobre la instalación (debilitando la HF), y además son equipos que pueden eventualmente generar parásitos eléctricos.
Es preciso, pues, prever una potencia de emisión suficiente (de varias decenas o varias centenas de miliwatios), para poder volver a recuperar en la recepción unas decenas de milivoltios tras filtrar la componente de 50 Hz, tal como se representa en la figura de más abajo. La elección de la frecuencia de funcionamiento de HF deberá ser el resultado de un equilibrio entre:
La región de frecuencias utilizable se sitúa entre 50 y 200 kHz, y el valor standard
utilizado para la mayoría de interfonos HF es de 150 kHz, utilizando la modulación de frecuencia (FM) por ser menos sensibles a los parásitos eléctricos.
Una vez comprendido cómo funciona la transmisión de señales de HF sobre la red eléctrica, pasamos a describir aquí un sencillo sistema de telemando que funciona según el mismo principio de los interfonos de alta frecuencia (HF) sobre red eléctrica. La figura 1 muestra un esquema sinóptico de los diferentes elementos del montaje.
El emisor consta de un oscilador de HF oscilando a aproximadamente 100 kHz. La señal se transmite a la red eléctrica mediante dos condensadores de aislamiento y se propaga por toda la instalación de red eléctrica de su domicilio.
Para un funcionamiento más seguro de este sistema de telemando, la señal transmitida está modulada por una señal de BF, para evitar que el receptor sea activado por señales perturbadoras parásitas de la red eléctrica.
El receptor capta la señal de HF a través de dos condensadores, es a continuación amplificada y después detectada y regenerada la forma de onda, para recuperar la señal de BF del transmisor. La salida del receptor gobierna un relé.
El esquema teórico del emisor se muestra en la figura 2. El emisor está realizado con dos circuitos CMOS cuádruples puertas NAND. El oscilador de BF está constituido por las puertas 1 y 2, y su frecuencia de oscilación está determinada por C1 y R2, a un valor en torno a los 3000 Hz. Las puertas 3 y 4 dan la forma adecuada a la señal de BF (cuadratizan la onda).
El oscilador de HF está constituido por las puertas 5 y 6, y la frecuencia de oscilación está determinada por C2 y R4. Una de las entradas de la puerta 5 es controlada por ls señal de BF, bloqueando y activando la oscilación de HF al ritmo de la señal de BF. A la salida de la puerta 6 se obtendrá la señal de HF modulada por la señal de BF. Las puertas 7 y 8 dan la forma adecuada a la señal de HF (cuadratizan la onda).
La etapa de salida está constituida por el transistor T1, cuya base está conectada a la salida de la puerta 8 a través de R5 y C3. T1 amplifica la señal de HF, estando presente en los bornes de R6, y es inyectada a la red eléctrica a través de los condensadores C4 y C5.
Es importante que los condensadores de interface con la red eléctrica para las señales de HF presenten una impedancia baja al paso de las señales de HF, pero alta a la tensión de red eléctrica, y además han de estar tipificados para soportar las elevadas tensiones de red eléctrica. Con los valores elegidos de 0,1 µF, a 100 kHz (HF) presentan una impedancia en torno a los 16 ohmios, mientras que a 50 Hz (frecuencia de red eléctrica) presentan una impedancia de unos 32.000 ohmios (2000 veces más alta).
La alimentación del emisor se realiza mediante el transformador T1, el puente rectificador constituido por los diodos D1 a D4, y el condensador de filtro C6. El pulsador P activa el emisor cuando es pulsado.
El esquema del receptor se da en la figura 3. La señal procedente del emisor es tomada de la red eléctrica a través de los condensadores C1 y C2. El conjunto R1-C1 forman un filtro paso-alto cuya frecuencia de corte inferior es de 30 kHz. Los dos diodos D1 y D2 conectados en antiparalelo limitan la tensión de entrada al receptor, protegiéndo la entrada del receptor. El conjunto C3-R3 constituye un segundo filtro paso-alto. La presencia de ambos filtros anula cualquier influencia de la tensión de red de 50 Hz.
Igual que en el emisor, los condensadores de interface con la red eléctrica (C1 y C2) han de presentar una impedancia baja al paso de las señales de HF, pero alta a la tensión de red eléctrica, y además han de estar tipificados para soportar las elevadas tensiones de red eléctrica.
La señal de HF es aplicada a través de C4 a la entrada de una etapa amplificadora realizada con una puerta CMOS NAND, puerta 1. Se trata de un uso particular de las puertas lógicas CMOS.
La puerta 2 ajusta la forma de onda (la cuadratiza) de la señal de HF amplificada. El condensador C5 elimina la componente de HF de la señal, quedando la señal de BF, que es amplificada y regenerada por las puertas 3 y 4. Esta señal de BF es integrada por R4 y C6, obteniéndose una señal continua en presencia de la señal de BF.
En ausencia de transmisión, la base del transistor T1 está a la tensión del emisor, y T1 estará bloqueado y el relé que gobierna permanecerá en reposo. Si el emisor transmite señal de HF, aparecerá señal en la salida de la puerta NAND 4, y pondrá la base de T1 a un potencial positivo respecto al emisor, por lo que T1 conducirá, pasará corriente por la bobina del relé, y éste actuará.
La alimentación del receptor es idéntica a la del emisor.
La realización de este conjunto es bastante sencilla y no debería dar problemas. Los circuitos impresos del emisor y del receptor se muestran en las figuras 4 y 5. Están realizados con placas de fibra de vidrio. Las placas deberán estar secas y limpias antes de pintar las pistas en la cara metálica con un rotulador de tinta resistente al agua. Después se atacaran las placas con la sustancia corrosiva apropiada para eliminar el cobre que no esté protegido por la tinta. Ésta se limpiará posteriormente con acetona o sustancia similar, para dejar a la vista las pistas de cobre grabadas en las placas.
Las perforaciones para insertar los componentes se realizarán con brocas de 1 mm para el caso de los componentes clásicos, y de 0,8 mm para las patillas de los circuitos integrados.
Las figuras 4 y 5 también muestran respectivamente la implantación de los componentes en la placa del emisor y en la del receptor.
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| Figura 4 : Circuito impreso del emisor y colocación de componentes. Tamaño del circuito impreso: 80 × 60 mm. (Clic en la imagen para ampliarla). |
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| Figura 5 : Circuito impreso del receptor y colocación de componentes. Tamaño del circuito impreso: 70 × 50 mm. Haz clic en la imagen para ampliar. |
Se recomienda soldar primero las resistencias, después los condensadores, los diodos, los transistores, y finalmente los circuitos integrados. Aunque se recomienda no soldar directamente los circuitos integrados a las placas, sino emplear zócalos de conexión adecuados para estos, lo que permitirá la fácil sustitución de cualquiera de ellos en caso de que se dañe.
Asegurarse de la correcta conexión (correcta orientación) de los condensadores electrolíticos: C6 en el emisor, y C6 y C7 en el receptor. También se ha de tener en cuenta la correcta conexión de los transistores y los diodos. En cuanto a los circuitos integrados, se recuerda que un punto en la superficie de la cara superior del encapsulado de los circuitos integrados se dispone junto a la patilla 1, identificando ésta.
Los transformadores de alimentación y el relé del receptor son externos a las placas de circuito impreso.
Dado que los dos módulos están conectados a la red eléctrica sin transformadores aisladores (en las etapas de HF), se recomienda alojarlos en cajas de plástico (cajas aislantes) adecuadas.
El montaje no necesita puesta a punto alguna, y debería funcionar a la primera una vez finalizado el montaje de ambos módulos. El receptor puede ser alojado en el interior del aparato que se desea comandar a distancia.
Conecte el emisor en un enchufe de la red eléctrica y el receptor en otro enchufe. Pulsando en el emisor el pulsador P, en el receptor deberá actuar el relé.
R1 = 100 K R2 = 4K7 R3 = 100 K R4 = 56 K R5 = 1K2 R6 = 47 ohm - 1 W C1 = 4,7 nF mylar C2 = 330 pF cerámico C3 = 4,7 nF mylar C4 = 0,1 µF 250 V mylar C5 = 0,1 µF 250 V mylar C6 = 470 µF 25 V electrolítico IC1 = CD4011 IC2 = CD4011 T1 = 2N3053 D1 a D4 = 4 × 1N4006, 1N4007 Tr1 = Transformador 220 V / 6 V - 0,6 VA P = Pulsador (cerrado al pulsar)
R1 = 22 ohm R2 = 10 K R3 = 1 M R4 = 10 K C1 = 0,22 µF 250 V mylar C2 = 0,22 µF 250 V mylar C3 = 470 pF cerámico C4 = 33 nF mylar C5 = 47 nF mylar C6 = 10 µF 25 V electrolítico C7 = 470 µF 25 V electrolítico IC1 = CD4011 T1 = BC108, BC109, BC408 D1 , D2 = 2 × 1N4148 D3 a D6 = 4 × 1N4006, 1N4007 Tr1 = Transformador 220 V / 6 V - 0,4 VA Relais = Relé 300 ohm (bobina de 6 V), 1 contacto reposo-trabajo.
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Por Fernando Fernández de Villegas Fuentes : |