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Señal Sonora Controlada Por Nivel Lógico (ART742S)

Presentamos una sencilla interfaz que permite el accionamiento de una señal sonora de potencia a partir de niveles lógicos obtenidos en el bus de salida de microcontroladores, operando como shield o incluso circuitos digitales más simples. Lo que caracteriza este proyecto es el uso de un acoplador óptico que aísla completamente el circuito de potencia del circuito de accionamiento.

Hay muchas ocasiones en que se desea activar una señal de aviso sonoro a partir de una señal digital (nivel lógico), obtenida a la salida de un microcomputador, microcontrolador o equipo digital.

Esto puede ocurrir en alarmas de temperatura, presión o nivel, realizadas con sistemas digitales o cuando ciertas condiciones indeseables (o deseables) se alcanzan y necesitan ser informadas a un operador externo.

El circuito que presentamos es relativamente simple y emite una señal potente en un altavoz común.

Alimentado por fuente externa, sin embargo, tiene por característica el aislamiento completo del circuito de accionamiento gracias al empleo de un acoplador óptico.

Podemos alimentarlo con 9 V, en cuyo caso tendremos una señal razonable, o bien con 12 o 15 V con el cambio de los transistores de salida, en cuyo caso tendremos una señal más potente.

Sugerimos la experimentación previa del circuito en una matriz de contactos para verificación preliminar y ajustes para luego realizar un montaje definitivo.

 

COMO FUNCIONA

La base del circuito es un oscilador de relajación con un integrado 741.

En este circuito, la entrada no inversora se polariza a partir de un divisor conectado a la salida, que proporciona la realimentación, mientras que un capacitor (C1) se carga a través de un circuito de realimentación (P1).

En los pasajes de la tensión del capacitor por la tensión de referencia ocurren conmutaciones del 741 que hacen que su salida vaya al nivel alto (tensión de alimentación), o al nivel bajo (0V).

Estas oscilaciones afectan, también la tensión de referencia y con ello provocan la carga y descarga del capacitor en un ciclo de oscilaciones que produce en la salida una señal rectangular.

Podemos variar la frecuencia de las oscilaciones por la velocidad de la carga y descarga del capacitor, a través del ajuste de C1.

También podemos inhibir o variar la carga y descarga del capacitor con una derivación externa en relación a este componente y esto se logra con el acoplador óptico 4N25.

El foto-transistor existente en el interior de este dispositivo se conecta entre los terminales del capacitor.

En la figura 1 tenemos el aspecto de este componente.

 

Figura 1 - El acoplador óptico
Figura 1 - El acoplador óptico

 

El foto-transistor es iluminado por un LED que, a su vez, es activado por el circuito lógico externo.

Con el LED apagado, el foto-transistor presenta una elevadísima resistencia entre su colector y el emisor no afectando así la carga y descarga del capacitor.

El resultado es que el oscilador se mantiene en funcionamiento normal, con la frecuencia de oscilación determinada por el ajuste de P1.

Cuando el LED se enciende, el foto-transistor está iluminado y con ello pasa a presentar una baja resistencia entre el colector y el emisor.

El resultado es un cambio en la carga del capacitor que impide las oscilaciones del circuito.

El oscilador deja de producir el sonido.

La salida de audio del 741 es muy baja para excitar un altavoz con buen volumen, por lo que usamos un paso amplificador de potencia con transistores complementarios.

Tenemos dos posibilidades: para una alimentación de 9 V usamos transistores de uso general de baja potencia como los BC548 y BC558, pero para mayor potencia, con una alimentación de 12 a 15 V debemos usar transistores de potencia como el par BD136 y BD135 o aún, TIP31 y TIP32 que deben estar dotados de radiadores de calor. En la figura 2 tenemos el aspecto de estos transistores.

 

Figura 2 - Los transistores de potencia
Figura 2 - Los transistores de potencia

 

Para la alimentación de 9 V podemos utilizar pilas comunes o cualquier fuente de hasta 500 mA, pero para la versión de mayor potencia la fuente necesita tener al menos 1 A de capacidad de corriente.

 

MONTAJE

En la figura 3 tenemos el diagrama completo del sistema.

 

Figura 3 - Diagrama completo del sistema
Figura 3 - Diagrama completo del sistema

 

La disposición de los componentes en una matriz de contactos se muestra en la figura 4.

 

Figura 4 - Montaje en matriz de contactos
Figura 4 - Montaje en matriz de contactos

 

Es claro que en una aplicación más elaborada se puede hacer una placa con mejor disposición e incluso incorporada al proyecto original.

El acoplador óptico es del tipo 4N25 que tiene una envoltura DIL de 6 pines.

Tanto para el acoplador óptico y para el 741 sugerimos el uso de zócalo en caso de montaje definitivo.

Los resistores son todos de 1/8 o 1/4 W con hasta 20 % de tolerancia y C1 puede ser de poliéster y cerámico.

En realidad, el valor de este capacitor no es crítico, pudiendo ser experimentado en el rango de los 47 nF a los 220 nF si se desea un cambio de la tonalidad del sonido producido.

El resistor R en serie con el diodo emisor del acoplador óptico, tiene su valor determinado por las características del sistema de accionamiento.

Para integrados de la serie TTL y microcomputadoras, este valor estará entre 120 y 470 ohms de acuerdo com la salida lógica de control.

Para integrados CMOS con alimentación de 6 V, R debe tener valor de 470 ohmios y para 12 V debe ser de 1k.

Para otras tensiones este resistor debe ser calculado, teniendo en cuenta que la corriente máxima del LED es de 60 mA y su tensión directa es de 1,25 V (tip).

 

PRUEBA Y USO

Sólo tienes que conectar la alimentación del circuito y ajustar P1 para que haya emisión de sonido.

Alimentando el LED (una batería de 6 V en serie con un resistor de 470 ohmios sirve para esta prueba) debe haber la parada del sonido.

A continuación, vemos que tenemos el accionamiento del oscilador en el nivel 0 y su parada en el nivel 1, pero nada impide que el LED emisor sea conectado de la forma indicada en la figura 5, en cuyo caso la situación es invertida.

 

Figura 5 - Modos de conexión del acoplador
Figura 5 - Modos de conexión del acoplador

 

Comprobado el funcionamiento es sólo hacer la instalación definitiva del aparato.

 

CI-1 - 4N25 - acoplador óptico

CI-2 - 741 - circuito integrado - amplificador operativo

Q1 - BC548 o BD135 - transistores NPN - ver texto

Q2 - BC558 o BD136 - transistores PNP - ver texto

D1 - 1N4148 - diodo de silicio

FTE - altavoz de 4 u 8 ohmios

P1 - 100 k ohms - pote o trimpot

C1 - 100 nF - capacitor de cerámica o poliéster

C2 - 220 uF x 16 V - capacitor electrolítico

R1, R2 - 22 k ohms - resistores (rojo, rojo, naranja)

R3, R4 - 100 k ohms - resistores (marrón, negro, amarillo)

R5, R6 10 k ohms - resistores (marrón, negro, naranja)

R - ver el texto

Varios: placa de circuito impreso o matriz de contactos, radiadores de calor para los transistores, botón para el potenciómetro, hilos, soldadura, etc.

 

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