- 1.
Circuitos para Lámparas-de-Neón - 2.
Generador Dentellado - 3.
Oscilador de Curso Libre - 4.
Circuito Cerrojo - 6.
Impulsor CMOS - 7.
Impulsor Secuencial - 8.
Circuito Equiparador de Caída de
Voltaje - 9.
Impulsor Secuencial Expandido
1. Circuitos para
Lámparas-de-Neón
En este artículo se verá el diseño de circuitos para
lámparas de neón. Las lámparas de neón
básicas son actualmente utilizadas como indicadores o lámparas
piloto en equipamientos electrónicos. Hace algunos
años, cuando el tubo de vacío regía el mundo de la
electrónica, las
lámparas y tubos de neón eran usados como reguladores
de voltaje para proveer una fuente de voltaje casi constante al
circuito del tubo.
Asimismo, en los primeros días de la TV, se
usó un tipo especial de lámpara de neón para
mostrar -en un resplandor rojo fantasmal- las imágenes crudas del sistema de televisión de
disco-giratorio. Aquí, en nuestro Circo,
experimentamos y construimos circuitos sólo para
divertirnos, y eso es lo que haremos con las lámparas de
neón que proponemos.
La lámpara de neón más común y
económica actaualmente disponible es la NE-2, que se puede
conseguir por 50 centavos. Hay más de una docena de
variantes de esta lámpara básica que ofrecen diversas
características. La NE-2 "plain Jane (simple Jane)" tiene un
promedio de caída de voltaje de 65 a 90 volts y una
corriente máxima de 0.6 mA. La NE-2H, por su parte, tiene
una caída de voltaje de 95 a 135 volts y una corriente
máxima de 1.9 mA, y se consigue por menos que 50 centavos.
Los otros miembros de la familia NE-2 oscilan entres
estas dos especificaciones de voltaje y corriente.
El suministro de potencia más económico
para la experimentación con lámparas-de-neón es un
conjunto de baterías-transistor de bajo-costo, ver Fig. 1. Nota:
Si bien se usa un símbolo de batería simple para
indicar el suministro de potencia, B1 representa 9 o 10 unidades
conectadas en serie (para un suministro de voltaje de 81 a 90
volts). Un conjunto de 9 o 10 baterías de 9-volt funciona
bien en una NE-2 standard, y las otras variantes NE-2 se pueden
operar agregando más baterías de 9-volt en serie. Las
baterías se pueden ordenar en una fila escalonada para
obtener el voltaje de salida deseado.
Dado que las demandas de corriente de una lámpara
de neón son bajas, el rendimiento de la batería
será extenso. Sólo recuerde que trabajará con
voltajes que pueden sorprender sus prevenciones, o incluso
causarle daños. ¡Sea muy cuidadoso!
El Resistor R1 es el resistor limitador de corriente de
la lámpara de neón. La resistencia mínima de una
lámpara NE-2 es de 100.000 ohms, la de una NE-2H es de
47.000, operadas con un suministro de voltaje no mayor a un 10%
de la caída de voltaje de la lámpara. Corrientes de
operación más altas reducirán sensiblemente la
vida útil de la lámpara. La expectativa de vida de una
lámpara típica en de 20.000 horas. La cifra varía
según la corriente de operación de la
lámpara.
Uno de los circuitos de oscilador más simples es el
generador dentellado de neón. Cuando se aplica potencia por
primera vez al circuito, el capacitor (C1) comienza a cargarse a
través de R1. Cuando el voltaje que atraviesa C1 alcanza la
caída de voltaje de la lámpara, esta (NE1) se
encenderá descargando C1. El procedimiento se repetirá
una y otra vez, produciendo una formación de onda dentellada
a través de la lámpara de neón. El circuito se
refleja como un titilador de neón simple. En la Tabla 1 se
exponen varias combinaciones resistor/capacitor y las frecuencias
generadas esperables de cada combinación.
Lista de componentes para el Generador
Dentellado
C1-capacitor de 100-volt, 0.1 a 2.0-m F
R1-resistor 5%, 1/4-watt, 470.000-ohm a 1-megohm (ver
texto)
NE1-NE2-lámpara de neón
Materiales de tablero, suministro de potencia, cable,
soldadora, hardware, etc.
TABLA 1 – SELECCIÓN DE FRECUENCIA
C1 R1 FRECUENCIA
0.1 m
F 10-Meg. 1 Hz
0.22 m
F 10-Meg. 1/3 Hz
1 m
F 10-Meg. 1/10 Hz
0.1 m
F 1-Meg. 10 Hz
0.22 m
F 1-Meg. 3 Hz
1 m
F 1-Meg. 1 Hz
0.1 m
F 470K 20 Hz
0.22 m
F 470K 5 Hz
1 m
F 470K 2 Hz
Nuestro siguiente circuitoes un oscilador de
curso-libre, lámpara dual. La frecuencia de operación
del oscilador es de aproximadamente 2-Hz con un capacitor de
0.1-m F para C1,
1-Hz con una unidad de 0.22-m F y 0.5-Hz con un componente de
1-m F. Se pueden
usar otras combinaciones de valores de componentes para
aumentar o disminuir la frecuencia del oscilador. Valores
más altos reducirán la fercuencia y valores más
bajos la incrementarán.
Lista de componentes para el Oscilador de
curso-libre
C1-capacitor de disco-cerámico, 0.1 a
1.0-m
F
R1-resistor 5%, 1/4-watt, 1-megohm
NE1, NE2-NE2-lámpara de neón
Materiales de tablero, suministro de potencia, cable,
soldadora, hardware, etc.
El siguiente circuito alimenta una lámpara de
néon simple activada mediante un circuito cerrojo on/off. El
suministro de potencia para este circuito debe ajustarse a un
voltaje levemente inferior a la caída de voltaje de la
lámpara pero superior a su voltaje de operación. Una
NE-2 común operando a 60 volts caerá al nivel de
75-volt. Es ideal entonces un suministro de 63 a 70
volts.
Cuando se aplica potencia al circuito, C1 -cuya terminal
positiva se conecta a la conexión formada por S1 y S2-
comienza a cargarse a través de R3. Presionando
momentáneamente S2 bajará la terminal positiva de C1.
La terminal negativa del capacitor se conecta a la conexión
formada por R2 y NE1. En la descarga, C1 envía un pulso
negativo a la terminal negativa inferior de NE1. Esto causa que
el voltaje que atraviesa NE1 se eleve por encima de la caída
de voltaje de la lámpara, encendiéndose así NE1.
Por otra parte, cerrando S1 se ubica C1 a través de NE1, el
voltaje que atraviesa la lámpara baja a un nivel inferior a
su voltaje de operación, causando que se apague.
Lista de componentes para el Circuito
Cerrojo
C1-capacitor de disco-cerámico,
0.1-m
F
R1, R2-resistor 5%, 1/4-watt, 100.000-ohm
R3-resistor 5%, 1/4-watt, 10.000.000-ohm
NE1-NE2-lámpara de neón
Materiales de tablero, suministro de potencia, cable,
soldadora, hardware, etc.
5. Circuito Cerrojo para Lámpara
Dual
Es una variante del circuito anterior que agrega una
segunda lámpara de neón con componentes de soporte. El
voltaje para este circuito debe ajustarse a un valor inferior a la caída
de voltaje de ambas lámparas. Las lámparas deben tener
aproximadamente la misma caída de voltaje.
Cerrando S1 se enciende NE1 y se apaga NE2;
alternadamente, cerrando S2 se enciende NE2 y se apaga
NE1.
Lista de componentes para el Circuito Cerrojo de
Lámpara-Dual
RESISTORES (Todos los resistores son unidades 5%,
1/4-watt)
R1, R2-100.000-ohm
R3, R4-15.000-ohm
R5, R6-1-megohm
MATERIALES Y COMPONENTES ADICIONALES
C1-C3-capacitor de disco-cerámico,
0.1-m
F
NE1, NE2-NE2-lámpara de neón
S1, S2-interruptor botón normalmente
abierto
Materiales de tablero, suministro de potencia, cable,
soldadora, hardware, etc.
Nuestro siguiente circuito activa una puerta simple de
una puerta NAND de un CMOS 4011 cuadrado de 2-entradas para
controlar la operación on/off de una lámpara de
neón. A diferencia de los circuitos previos, este circuito
se alimenta desde un suministro negativo. El Potenciómetro
R4 se usa para establecer el voltaje de operación del
circuito levemente por debajo del nivel de caída de voltaje
de la lámpara. La diferencia entre la caída de voltaje
y el voltaje de operación no debe ser mayor a 15 volts, o el
circuito no funcionará.
Llevando S1 a la posición "0" aumentará el
voltaje de operación por 16, encendiéndose la
lámpara mientras que llevando S1 a la posición "1" se
eliminará el voltaje, y por lo tanto, NE1 se
apagará.
Lista de componentes para el Impulsor de Lámpara
CMOS
RESISTORES (Todos los resistores son unidades 5%,
1/4-watt)
R1-10.000-ohm
R2-100.000-ohm
R3-470.000-ohm
R4-potenciómetro de 100.000-ohm
MATERIALES Y COMPONENTES ADICIONALES
IC1-circuito integrado, puerta NAND de un CMOS 4011
cuadrado de 2-entradas
NE1-NE2-lámpara de neón
Materiales de tablero, receptáculo IC, suministro
de potencia, cable, soldadora, hardware, etc.
El siguiente circuito retoma las características
del circuito anterior e introduce un distribuidor/contador
decimal CMOS 4017 para producir el circuito de un impulsor de
lámpara-de-neón. En este circuito, el 4017 (IC1) se
conecta en una configuración
"contar-hasta-cuatro-y-reciclar" que opera con un reloj externo
-como un simple oscilador basado-555- o cualquier circuito
similar generador de pulso, positivo y de rápida
elevación.
Lista de componentes para el Impulsor Secuencial
CMOS
RESISTORES (Todos los resistores fijos son
unidades 5%, 1/4-watt)
R1-R4-100.000-ohm
R5-R9-10.000-ohm
R10-470.000-ohm
R11-potenciómetro de 100.000-ohm
MATERIALES Y COMPONENTES ADICIONALES
IC1-circuito integrado, contador/distribuidor decimal
CMOS 4017
NE1-NE4-NE2-lámpara de neón
Materiales de tablero, receptáculo IC, suministro
de potencia, cable, soldadora, hardware, etc.
8. Circuito Equiparador de
Caída de Voltaje
Para que el circuito anterior funcione adecuadamente, se
deben emparejar cuatro lámparas de neón dentro de unos
cuantos volts al nivel de caída de voltaje. Para hacerlo, el
circuito equiparador de caída de voltaje de lámpara de
neón es nuestro próximo circuito. Para usar este
circuito, simplemente coloque una lámpara de neón en la
posición de prueba 1, aumente el voltaje vía R3 hasta
encender la lámpara, y preste atención al voltaje en el
cual ocurre la caída. Deje la lámpara en la
posición 1 y ajuste R3 para una lectura de medidor de
aproximadamente 40 volts o hasta que se apague la
lámpara.
En este punto coloque otra lámpara de neón en
la posición 2 y aumente el voltaje hasta encenderla. Como
antes, fíjese el voltaje en el cual ocurre la caída, y
continúe sustituyendo lámparas en la posición 2
hasta emparejar cuatro lámparas. Si no logra equipararlas
con la lámpara de la posición 1, reemplace la
lámpara e inicie el procedimiento nuevamente.
Se puede expandir el circuito para conducir hasta un
total de diez lámparas agregando circuitos duplicados de la
salida restante del 4017 y conectando la terminal RESET (pin 15)
de IC1 a tierra. Puede resultar
complicado llevar todas las lámparas seleccionadas dentro de
los mismos límites de caída de
voltaje necesarios para operarlas adecuadamente, pero no es
imposible. En nuestro siguiente circuito secuencial presentamos
un método más
fácil.
Lista de componentes para Circuito Equiparador de
Caída de Voltaje
R1, R2-resistor 5%, 1/4-watt, 1-megohm
R3-potenciómetro de 100.000-ohm
B1-batería de 81-volt (ver texto)
Materiales de tablero, DVM, receptáculo IC,
suministro de potencia, cable, soldadora, hardware,
etc.
9. Impulsor Secuencial
Expandido
El uso de transistores en interfase entre
el 4017 y las lámparas de neón eliminan el
requerimiento de calibrar la lámpara. Se puede usar
cualquier transistor NPN de propósito-general siempre que
este promediado para un voltaje colector-a-emisor de 40 volts o
más. La lámpara de neón se transformará en la
carga colectora del transistor y será encendida con un
suministro de 81-volt positivo. En este circuito, el transistor
máximo y la corriente de la lámpara son limitados a
menos de 1mA por un resistor limitador de corriente de 100K (R4 o
R7 en este circuito). Se usan dos resistores de 100K adicionales
como distribuidores de voltaje para limitar el voltaje
máximo que se ve a través del transistor.
Como en el circuito previo, se puede aumentar la
cantidad de lámparas agregando impulsores de transistor y
lámparas de neón en las salidas disponibles del 4017.
Si desea una salida de luz más brillante, las
lámparas de neón NE-2 del diagrama esquemático se
pueden reemplazar por unidades NE-2H de mayor corriente. Para
incrementar el nivel de corriente, cambie R4 y R7 por resistores
de 47K y aumente el voltaje del suministro a 100
volts.
En el nivel de suministro de 100-volt, el voltaje en el
colector del transistor es levemente superior al permitido por
sus especificaciones, pero todos los transistores probados en el
circuito operaron sin problemas. De hecho, todos los
2N2222s disponibles resisten voltajes de prueba mucho más
altos y no se registraron esfuerzos significativos en ninguno de
los circuitos impulsores. En cualquier caso, se puede usar
cualquier transistor NPN de propósito general con
características similares a las del 2N2222, pero con un
promedio de voltaje colector-a-emisor superior.
Aquí concluimos y ya comenzamos a pensar en los
circuitos que presentaremos en Circus el próximo mes.
Hasta entonces, hágame saber el uso que le dio a su moderno
circuito o dispositivo electrónico para lámparas de
neón.
Lista de componentes para Impulsor Secuencial
Expandido
IC1- circuito integrado, distribuidor/contador decimal
CMOS 4017
Q1-Q2-transistor NPN de propósito-general
2N2222
R1-R3-resistor 5%, 1/4-watt, 10.000-ohm
R4-R9-resistor 5%, 1/4-watt, 100.000-ohm
NE1, NE2-NE2-lámpara de neón
Materiales de tablero, receptáculo IC, suministro
de potencia, cable, soldadora, hardware, etc.
Hugo Muleta