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Circuito para alimentación simétrica:
Circuito para alimentación asimétrica:
Descargar los circuitos para CircuitMaker 2000: snddet.zip
Sustituir un interruptor de apagado y encendido manual por un sistema automático que encienda un amplificador de audio al recibir señal de audio en su entrada y lo apague tras un minuto de silencio.
El circuito es de diseño propio. Se ha de conectar un canal de audio en su entrada e intercalar el relé en las alimentaciones del amplificador. Para el circuito con alimentación simétrica se deberá utilizar un relé de doble polo para conmutar las alimentaciones positiva y negativa.
Este circuito se basa en el integrado LM393 que contiene dos comparadores. A grandes rasgos el comparador de la izquierda detecta la presencia de señal de audio y carga el condensador C1, y el comparador de la derecha activa el relé mientras C1 está lo suficientemente cargado.
El comparador LM393 se caracteriza por absorber una corriente muy pequeña por sus entradas que podemos considerar nula, y es capaz de entregar hasta 18mA de corriente a su salida. Además, esta salida es de colector abierto, lo que significa que cuando está a nivel bajo permanece "conectada" al raíl negativo (−16V), pero a nivel alto queda en alta impedancia. Esta característica nos permite simplificar aún más el circuito. La salida queda conectada al raíl negativo si la entrada "+" se halla a un potencial menor que la entrada "−", y queda en alta impedancia en caso contrario.
Como podemos ver en el circuito, el comparador de la izquierda recibe en la entrada + un voltaje fijado por el divisor resistivo formado por R1, R4 y R9. El condensador C2 filtra cualquier ruido presente en este voltaje (sin este condensador no funciona correctamente). Con el potenciómetro R4 a la mitad de su recorrido, el voltaje introducido en "+" es de 0,03V. Sin presencia de audio a la entrada el condensador C3 elimina cualquier componente de continua de la entrada y la resistencia R5 se encarga de mantener la entrada "−" del comparador a potencial de masa (0V). En estas condiciones se cumple que el voltaje en "+" es mayor que el voltaje en "−", manteniéndose la salida del comparador en alta impedancia. Por lo tanto por R7 no circula corriente y el condensador C1 se mantiene descargado (hay 16V en su terminal negativo).
Veamos ahora qué sucede cuando se entra una señal de audio. La componente alterna de la señal atraviesa el condensador C3 y produce un voltaje sobre la entrada "−" del comparador. Cuando la señal de audio es lo bastante fuerte, los semiciclos positivos de la señal de audio producirán un voltaje mayor en la entrada "−" que el aplicado en su entrada "+". Durante estos intervalos la salida del comparador será una conexión al raíl negativo, cargando el condensador C1 a través de la resistencia R7. Esta resistencia limita la corriente de carga del condensador, y además impide una activación indeseada por cualquier ruido instantáneo que pueda aparecer. Solo cuando exista audio de forma continuada el condensador C1 se cargará hasta los 32V.
Pasemos a analizar el circuito formado por C1 y R2. Ya hemos visto que la presencia de audio cargará el condensador C1 hasta los 32V. De no existir R2, C1 quedaría cargado para siempre, dado que existe un camino hacia el raíl negativo formado por R3, R6, R8 y el relé. R2 ofrece un camino de menor resistencia hacia el raíl positivo, lo que supone una vía de descarga para el condensador, consiguiendo que en un minuto se descargue a la mitad. Este es el mecanismo utilizado para realizar la espera en que permanece el relé activado después de cesar la entrada de audio.
Finalmente nos queda por analizar el comparador de la derecha. Como podemos ver, la entrada "−" está conectada a masa (en el circuito para alimentación simétrica), por lo tanto la salida ofrecerá conexión al raíl negativo cuando la entrada "+" se halle a un voltaje negativo (relé activado), o quedará en alta impedancia cuando la entrada "+" se halle a un voltaje positivo (relé desactivado). Podríamos pensar que conectando C1 directamente a la entrada "+" ya tenemos resuelto el problema, y en condiciones ideales estaríamos en lo cierto. Cuando el condensador esté cargado por encima de 16V el relé se activaría y cuando se descargue por debajo de 16V se desactivaría. Pero en la realidad esto no funciona bien del todo. Cuando está justo en el punto de cambio, el relé se apaga y enciende rápidamente debido a las variaciones y ruido en las alimentaciones emitiendo un zumbido.
La solución aplicada para este problema es un conmutador con histéresis formado mediante las resistencias R3 y R6. A continuación analizaremos con detalle como opera el circuito, basando la explicación en el circuito con alimentación simétrica. Empecemos con el condensador descargado. Dado que el relé está desactivado el potencial en el extremo derecho de R6 es 0V. Bajo estas circunstancias, R3 y R6 forman un divisor, de manera que se aplicará un voltaje proporcional al del condensador a la entrada "+". El circuito se sigue comportando como habíamos descrito antes, cuando el condensador se cargue por encima de los 16V, el voltaje en la entrada "+" pasará a ser negativo y se activará el relé. Hasta el momento, R3 y R6 no han cambiado el comportamiento del circuito.
Con el relé activado el voltaje en el extremo derecho de R6 ya no es 0V como antes, ahora el voltaje es −16V (raíl negativo). Bien, dejemos que el condensador se descargue hasta llegar a los 16V (0V en el extremo izquierdo de R3). En nuestro circuito sin histéresis, esto causaría que el relé se desactivara. Pero ahora ya no es así: tenemos 0V en el extremo izquierdo de R3 y −16V en el extremo derecho de R6. Esto crea un voltaje de −1,45V aplicado a la entrada "+". Como vemos, el relé permanece activado ya que en "+" el voltaje sigue siendo negativo. El condensador seguirá descargándose y cuando llegue a un voltaje de 14,5V el voltaje en la entrada "+" cruzará los 0V. En este momento el relé se desactivará, y como consecuencia el voltaje en el extremo derecho de R6 subirá a 0V y el voltaje aplicado a "+" experimentará una subida brusca y pasará a ser proporcional al del condensador. Para que se active otra vez, el voltaje del condensador debe bajar otra vez por debajo de los 0V, y esto es muy difícil que ocurra como consecuencia de ruido y variaciones de las alimentaciones. De esta manera hemos conseguido una conmutación sólida y robusta.
El LM393 admite hasta +16V simétricos (+/−16V) máximo, que equivale a 32V en el circuito asimétrico. El circuito debería funcionar correctamente con voltajes de alimentación menores hasta 2V y −2V.
La resistencia R8 se debe adaptar al relé que vamos a utilizar. He observado que la mayoría de relés de 12V activan correctamente cuando se les aplica más de 7,5V y he ajustado R8 en mi caso para que caigan unos 8V al relé, minimizando de esta manera su consumo, que se queda en unos 12mA. El LM393 es capaz de entregar hasta 18mA en su salida, por lo tanto lo puedo conectar directamente. Si se necesita más corriente se tendrá que utilizar un transistor. Si vamos a utilizar un relé de 5V, deberemos seleccionar una R8 que produzca una caída de 5V en el relé (podemos probar si con 4V activa bien). Si vamos a utilizar un relé de 18V o 24V podemos conectar el extremo del relé que ahora está a masa, al raíl positivo, consiguiendo 32V. Debemos calcular adecuadamente R8 para que caiga el voltaje necesario en el relé.
La resistencia R8 se puede calcular con esta fórmula. Si no se indica en el relé deberá medir la corrente que consume funcionando a su voltaje tras un tiempo de calentamiento antes de realizar la medida.
Resistencia (en ohmios) = (voltaje de alimentación − voltaje del relé) / corriente consumida por el relé (en amperios)
Un detalle importante es el diodo conectado en paralelo con la bobina del relé. Se debe utilizar un diodo de conmutación rápida, yo por ejemplo uso un BA157. La polaridad indicada en el esquema es correcta, el LM393 aplica el raíl negativo (−16V) para activar el relé. El objetivo de este diodo es proteger el LM393 contra los picos generados al desconectar la bobina del relé.
Es importante utilizar un condensador para C1 que soporte el voltaje de raíl a raíl, o sea el voltaje positivo menos el voltaje negativo. En este caso 16 − (−16) = 32V.
El LA6393 es equivalente al LM393.
El potenciómetro R4 es un ajuste de sensibilidad, si el circuito resulta demasiado sensible se puede sustituir por uno de valor algo mayor como 1K o 2K2. Si es poco sensible, podemos utilizar uno de menor valor para poder ajustar finamente.
Proyecto realizado en Julio de 2005 por Jeroni Paul.
Copyright © 2005 Jeroni Paul.