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lunes, 17 de diciembre de 2012
Estaba cantado!
Los seguidores de este blog, saben que todos los años por estas fechas, hago honor a ese dicho famoso entre los aficionados que dice: tiempo de Navidad, tiempo de Märklin
En los últimos años, ha coincidido que la nueva adquisición estaba relacionada con locomotoras eléctricas, y además Suizas, (Navidad en Suiza y Queridos Reyes Magos) que están un pelín fuera de lo normal en mi maqueta, poblada por locomotoras de vapor alemanas. Naturalmente la elección depende de muchos factores, y uno de los más importantes es la disponibilidad de modelos, que como sabemos en los últimos años ha sido bastante escasa por parte de Märklin. Todavía estamos a la espera de ver la BR94 anunciada hace ya varios años.
Sin embargo, este año, Märklin se ha lanzado a fabricar un modelo completamente nuevo: me refiero a la BR001 (Referencia 88010) que Märklin ha sacado como modelo "insider" del año. Y en este caso, las palabras completamente nuevo tienen un significado exacto.
Por primera vez, Märklin ha reproducido en una locomotora de vapor de escala Z, la transmisón Walschaerts completa y funcional. En todos los casos precedentes, las locomotoras de vapor de escala Z, únicamente reproducían la biela principal y la barra de acoplamiento. Este hecho era una de las "carencias" que podían dar lugar a esa idea de que la escala Z era poco detallada.
Curiosamente, otros fabricantes de locomotoras de escala Z como Bhals han incluído siempre el bielaje completo en sus modelos de locomotoras de vapor. Debo decir que nunca he tenido una de éstas en la mano, pero a la vista de las fotografías, siempre he tenido la sensación de que esta reproducción era un poco basta. Sin embargo, al ver las imágenes de esta nueva locomotora de Märklin me pareció que la reproducción era muy correcta, así que esta vez no lo he dudado, esta locomotora tenía que ser mi regalo de Navidad para este año. ¡Estaba cantado! como decimos por aquí.
Cuando por fin la he recibido, me he llevado una gran alegría: la fidelidad y el detalle del modelo superan todas mis expectativas. No estoy hablando ya solamente de la reproducción de la transmisión. que en efecto es muy perfecta, sino de todo el detalle general del modelo. Se nota en todo él algo distinto que el resto de locomotoras de vapor de Märklin de escala Z, distinto y más perfecto. Me refiero por ejemplo a las ruedas, con radios más finos de la habitual, a la reproducción detallada de tubos y calderines, a la reproducción de frenos, y por supuesto a un moldeado más fino en la caldera y la cabina.
Las fotografías que acompañan a este artículo tratan de reflejar esa impresión, aunque debo confesar que el resultado en la mano es todavía mejor, pese a que he puesto en juego todas mis habilidades fotográficas.
Lo que si queda claro, es que a la vista de estas fotografías nadie diría que se trata de una locomotora de escala Z. Si a mi me enseñan cualquier de estas fotografías hace un año, hubiera dudado entre un modelo un poco antiguo de escala H0 (los modernos tienen más detalle) o un buen modelo de escala N, pero jamás de un modelo de escala Z,
En la imagen siguiente vemos una toma aún más cercana de la zona de los cilindros:
Ni que decir tiene, que esta fototografía pertenece francamente al rango de la fotografía macro. Recuerdo que todas las imágenes se amplían haciendo click en ellas.
Naturalmente hay que ver todo ese bielaje funcionando, así que he grabado un pequeño vídeo en el que podemos ver como se mueve:
La imagen no es muy buena, pero permite hacerse una idea del movimiento de las bielas.
En resumen, en mi opinión, y a falta de ver como se comporta en la vía, la opinión no puede ser más favorable.
Enhorabuena Märklin !
miércoles, 12 de diciembre de 2012
¡Más difícil todavía!
Viene a cuento, porque en el artículo anterior, he explicado con todo detalle la forma de hacer circuitos impresos a mi estilo, pero como se puede comprobar son circuitos de una sola cara. Ya en la imagen de cabecera del artículo anterior, resaltan unos cuantos "puentes" de alambre, que es la forma fácil de conseguir que se unan puntos que no pueden unirse por el lado del cobre porque interferirían con otras pistas ya existentes en ese lado.
La forma de evitar esto es hacer un circuito de doble cara. De hecho la gran mayoría de los circuitos de tipo industrial son de doble cara (e incluso multicapa), porque en muchos casos es imposible diseñar un circuito de una sola cara sin interferencias de pistas. Cuando yo empecé con esto de la electrónica, los circuitos eran normalmente de una sola cara, pero esto se debía a que había muchos componentes discretos (resistencias, condensadores, transistores) relativamente grandes y con pocos terminales. Sin embargo, cada vez más utilizamos circuitos integrados que tienen muchos terminales y pequeño tamaño, con lo que no queda espacio para organizar un diseño de pistas sin interferencias.
Como ya he comentado he tenido que repetir el circuito CABCON00 que ya construí y que vimos en el artículo "Ya funciona?" Tal como se ve en las imágenes de aquel artículo, este circuito CABCON00 era un tanto chapucero en cuanto a su diseño, ya que no sólo tiene bastantes puentes, sino que incluso algunos quedan tan juntos que tuve que poner algunos de ellos recubiertos de aislante. Como tenía que repertirlo, me plantee la posibilidad de hacer un doble cara para experimentar con este sistema y concretamente con unos elementos que descubrí en el catálogo del suministrador al que le compro los elementos para PCB.
Me refiero a unos remaches que se utilizan para conectar eléctricamente pistas de la parte superior y de la parte inferior. En plan industrial lo que se hace es un "taladro metalizado", es decir se hacen unos taladros entre una pista de la cara de arriba y otra pista de la cara de abajo, y con un procedimiento químico se deposita una película metálica que cubre la pared del taladro y forma una arandela metalizada en cada una de las pistas, asegurando el contacto eléctrico. Sin embargo este procedimiento no resulta abordable para hacerlo en plan casero. Así que encontré estos remaches, que son exactamente como los ojetes que se ponen en lonas para para pasar cuerdas y tensarlas, pero de un tamaño minúsculo. Concretamente de 1,3 mm de diámetro. También vende una herramienta para remachar estos remaches, que yo pensaba que sería algo parecido a una remachadora de las que se emplean con los remaches normales, de 3 o 4 mm de diámetro, pero que al final resultó algo así como un "clavo gordo" Por el precio que tiene me pareció un timo. Sin embargo, después de practicar un poco conseguí hacer unas cabezas remachadas de muy buen aspecto.
También me di cuenta de otra cosa: Yo siempre empleo placas de circuito impreso de 0,8 mm de espesor. Me parecen muy manejables y son muy fáciles de cortar y taladrar, así que pedí un par de placas de doble cara de 0,8 mm. Sin embargo, me di cuenta de que los remaches están previstos para placas de 1,6 mm que son las habituales, de modo que con las mías, el cuello del remache quedaba demasiado largo y al formar la cabeza sobraba material y se torcía, con lo que quedaba mal. Vuelta a pedir placas de doble cara, ahora de 1,6 mm. (Hay que pagar la novatada)
Superados todos esos inconvenientes, hice el nuevo diseño de la placa CABCON00 contando con doble cara. lo que implica dibujar ambas caras y los taladros para las uniones de cara a cara. Lo que se hace aquí es dibujar en un color, por ejemplo negro la capa de cobre de abajo, y en otro color, por ejemplo rojo, la cara de cobre de arriba. Queda algo así:
Los ojales rojos que se ven en esa imagen son los puntos donde luego se colocará uno de estos remaches. En la capa de cobre inferior hay también un ojal del mismo diámetro y ambos lados quedan eléctricamente unidos por el remache.
Bueno esa es la teoría, pero yo preferí poner una gota de soldadura en cada extremo del remache para asegurar el contacto eléctrico. Es posible que si experimento con circuitos menos comprometidos que este, haga el experimento de fiarme del remachado para asegurar la conexión. Estéticamente quedaría mejor.
Como se puede comprobar, las pistas de la capa de cobre superior cruzan sobre multitud de pistas de la cara inferior, haciendo posible un conexionado que sería imposible de otro modo.
El resultado final de todo este proceso lo vemos en la imagen siguiente:
Como se puede comprobar, si la comparamos con la versión anterior que vimos en Ya funciona? el resultado es mucho más limpio y profesional, a pesar de que esas gotas de estaño sobre cada remache, todavía afean un poco el acabado. En la imagen de cabecera se ve también una bonita vista de cómo queda el circuito terminado.
También puede verse que en comparación con su predecesor, este circuito tiene la parte izquierda igual, mientras la derecha ha cambiado. Curiosamente la parte izquierda es con mucho la más compleja, ya que es donde va toda la parte digital, que funcionaba perfectamente en la versión anterior, mientras que la parte derecha la he tenido que reorganizar, incluyendo un disipador para el controlador de 5 Voltios, y un relé que es mandado desde el DEMU01 y que permite cortar la corriente de tracción.
Bueno, pues para completar los vídeos del artículo anterior, he grabado un nuevo vídeo con el proceso total de construcción de este circuito. Queda claro que, si en los tres vídeos del capítulo anterior estoy presentando un proceso que tengo ya muy conocido y dominado, en este caso es prácticamente la primera experiencia, por lo que algunas cosas seguramente las iré cambiando.
Hay una cosa curiosa con respecto a los circuitos de doble cara: Evidentemente hay que hacer dos fotolitos, uno para cada cara y emplearlos para exponer cada una de las dos caras de la placa. El problema es que ambas caras deben coincidir exactamente, por ejemplo para que los agujeros para los remaches queden perfectamente centrados en los ojales de ambas caras. Existen muchas insoladoras para hacer circuitos de doble cara que permiten exponer las dos placas simultáneamente.
Naturalmente son mucho más caras que las que solo exponen una cara. En mi opinión esto es un poco tonto: no hay porqué exponer las dos caras simultáneamente. Podemos hacerlo sucesivamente siempre y cuando garanticemos que ambas exposiciones estén exactamente alineadas. El exponer las dos caras al mismo tiempo producirá una placa desalineada si los fotolitos no están alineados. Por el contrario una doble exposición sucesiva producirá una placa alineada si ambos fotolitos están perfectamente alineados en cada exposición. Así que se me ocurrió un sistema para garantizar la alineación exacta de ambos fotolitos entre si y con la placa y conservarla de una exposición a otra. Consiste en hacer una especie de sobre, con los dos fotolitos perfectamente alineados y en medio poner un separador en forma de U donde encaja exactamente la placa. Esto garantiza tanto la alineación de un fotolito con otro como con la placa, y permite hacer dos exposiciones sucesivas sin que se pierda la alineación. En el video se ve la forma de hacer ese "sandwich" con la placa y los dos fotolitos.
Otra novedad que he introducido es el utilizar un sacabocados para hacer los agujeros grandes en la hoja de cacomanía, Hasta ahora, como se ve en los vídeos anteriores, abría estos agujeros al final del proceso, con la punta de un cutter. En este caso, tenía muchos más agujeros que hacer, uno para cada ojal de remache, y además no quedaban vacíos, con lo que no podía cortarlos con cuchilla. Se me ocurrió perforar estos agujeros en la calca antes de pegarla, utilizando un sacabocados. Lo bueno es que estos agujeros precortados son una excelente guía para situar la calcomanía sobre la placa, ya que se pueden alinear con exactitud sobre los agujeros, así que voy a usar este sistema incluso para los de una sola cara.
Bueno, pues aquí va el vídeo:
El que vea el vídeo anterior, se dará cuenta de que la perforación de los agujeros, resulta bastante penosa ya que mantengo el taladro a pulso. Siempre lo he hecho así, pero cada vez me cuesta más trabajo. No se si son los años, o es que cada vez hago circuitos más compactos, pero hay que hacer algo al respecto. Voy a ver si localizo un soporte para la Dremel que me permita hacer esto con mayor comodidad.
Y como comentario final, ¿compensa hacer circuitos de doble cara? En mi opinión, y creo que ya lo he dicho aquí, no compensa. Económicamente, una placa de doble capa es mas cara, y además si resulta que la tengo que usar de 1.6 mm todavía más cara en comparación con las habituales que uso de una cara y 0,8 mm. Además los remaches, aunque baratos tienen su coste, y sobre todo hay que tener un stock, porque se utilizan mucho y no hay sustitución posible. Por supuesto se gastan dos hojas de transparencia y se garta el doble de revelador y de cloruro.
En cuanto a la fabricación, es más delicada, ya que hay que hacer el diseño de las dos caras, el sandwich de fotolitos, perforar los agujeros para los remaches y colocar estos con la famosa remachadora manual.
Así que frente a la opción de hacer los circuitos de una sola cara y colocar los puentes necesarios, no hay ninguna ventaja más que la estética. Pero bueno, tampoco aporta ninguna ventaja distinta de la estética el tema de las calcomanías, y lo estoy utilizando en todos los casos. Debe ser que soy un esteta :-)
sábado, 8 de diciembre de 2012
PCB DIY
Una de las cosas sobre las que me preguntan mucho, es el procedimiento que utilizo para realizar los circuitos impresos, también llamados PCB, con los que monto los dispositivos electrónicos que utilizo en mis sistemas de control. Curiosamente, muchos piensan que dispongo de algún tipo de maquinaria, de la que se usa industrialmente para este trabajo, cuando realmente, salvo la insoladora, no utilizo más elementos que el ordenador con su impresora, y algunos elementos y herramientas corrientes.
Recientemente he retomado el tema de terminar el sistema de control de tracción, que se había quedado un poco estancado desde antes del verano ( Ya funciona? ). Las pruebas que efectué en ese momento dieron un resultado muy bueno, pero me di cuenta de que había cometido algunos errores, curiosamente en temas un poco accesorios pero que deberían ser corregidos, lo cual implica modificar los circuitos impresos y volver a montar los elementos. Como siempre, el rehacer algo que ya se ha hecho, y que realmente ha llevado bastante trabajo da muchísima pereza, así que me ha costado decidirme.
Así que en estos días ¡por fin! me he puesto con el tema, y he pensado que sería una buena oportunidad para hacer unos vídeos y explicar en un artículo como éste, cual es mi método para realizar los circuitos impresos. La verdad es que ya hice anteriormente otro artículo sobre la realización de circuitos impresos ( Fabricación de PCB ), pero desde entonces he perfeccionado bastante mis procedimientos.
He dividido el reportaje en tres vídeos, correspondientes a tres fases muy claras de proceso, a las que podríamos llamar fase informática, fase química y fase mecánica. de esta forma quedan tres vídeos cortos, de alrededor de cinco minutos, bastante soportables. Aunque he incluido unas rotulaciones que marcan los pasos más importantes, voy a hacer aquí una introducción a cada uno de ellos para facilitar su comprensión.
El primer vídeo muestra el diseño del circuito impreso. Ya he comentado alguna vez que utilizo el programa Paint Shop Pro (y además en una versión antigua) para generar el dibujo de las diferentes capas del diseño. Este programa, NO es un programa para diseño de circuitos impresos, así que no tengo ninguna ayuda en ese sentido. Sin embargo es un programa muy completo para el trabajo con imagen, incluso imagen fotográfica, y yo lo conozco bastante bien, así que me resulta cómodo utilizarlo. La característica esencial para este tipo de trabajo es que permite trabajar en capas superpuestas, así que se puede tener por un lado el dibujo del circuito de cobre, el dibujo de los componentes, el dibujo de la máscara, etc, en capas superpuestas y visualizar en cada momento las capas requeridas, incluso dejando las superiores en forma traslúcida para ver las capas inferiores.
Utilizo una resolución de dibujo de 600 pixels por pulgada, lo que me permite trabajar con grandes ampliaciones y una gran precisión. Además defino una malla de 2,54 mm de paso, de manera que situando los ojales según esa malla encajan todos los componentes con precisión absoluta.
Es muy difícil en unos cuantos segundos de vídeo dar una idea de la forma de trabajar con este programa, ya que se tardan bastantes horas en hacer uno de estos diseños, así que me he limitado a incluir unas pocas capturas de pantalla, para ilustrar algunos aspectos.
Para concretar diré que yo normalmente defino cinco capas, de las cuales, la inferior corresponde a la capa de cobre, en la que deben quedar dibujados los ojales y las pistas que constituyen el circuito impreso.
Por encima tengo una capa de "ayudas" que contiene por ejemplo la numeración de los pines de los componentes, las marcas de Colector Base y Emisor para los transistores, etc. Esta capa sólo sirve durante el diseño para referencia a la hora de identificar cada punto a conectar.
Por encima tengo una máscara, que es una capa azul uniforme. Casi siempre la tengo puesta muy transparente para que que no oculte las capas inferiores, pero es imprescindible para que la siguiente capa, que es blanca tenga un fondo oscuro para que se pueda ver.
La capa siguiente es la de "serigrafía de componentes" Ya se que la palabra serigrafía hace alusión a un determinado proceso de impresión, que es el que normalmente se emplea industrialmente para imprimir la imagen de los componentes, y esto ha dado lugar a que se emplee esta expresión, "serigrafía de componentes", para referirse precisamente a la imagen de la cara superior de los circuitos impresos, aunque no se haya hecho precisamente con serigrafía. En ese sentido yo voy a seguir empleando la palabra serigrafía. Aquí dibujo los contornos de los componentes, los círculos de los taladros, la rotulación de componentes, y también el nombre del circuito, el logotipo, etc. Esta capa es blanca, así que necesita tener debajo la máscara para que se vea.
Y por último en la capa superior tengo la imagen de los componentes obtenida con un escaner. Esto resultó una idea muy buena que ya expuse anteriormente ( Llegan los servos y III ) y que consiste en tener escaneada, una colección de componentes, tales como resistencias condensadores, transistores circuitos integrados, etc, y no solo eso sino disipadores, conectores y demás componentes. Están escaneados vistos desde arriba y a la misma resolución con que hago el dibujo, 600 ppp, así que en esta capa puedo ir situando esas imágenes y tener una referencia exacta de lo que ocupa físicamente cada elemento, y puedo moverlos y girarlos para encontrar la mejor situación posible,
Por supuesto, las capas no se dibujan sucesivamente, sino simultáneamente. El proceso es más o menos, escoger la imagen escaneada del componenente, y situarla adecuadamente, después dibujar los ojales de sus terminales en la primera capa, situarlos exactamente en la cuadrícula, y unir estos ojales al resto del circuito con pistas, que no son más que líneas del grueso adecuado. Una vez hecho eso, dibujo el contorno en la capa de serigrafía e incluyo en la misma la rotulación adecuada. Este proceso se sigue aproximadamente en la primera parte del vídeo
El vídeo acaba mostrando como se imprimen, en primer lugar la hoja de serigrafía, que se imprime sobre un papel especial para calcomanías, y después la hoja del fotolito, que la imprimo sobre film especial para transparencias.
Estas hojas para calcomanías las venden en tiendas y webs dedicadas al modelismo estático (barcos aviones, etc) y vienen en dos variantes: con fondo blanco y con fondo transparente. Yo las utilizo con fondo blanco y en mi caso pido las que son para impresoras de inyección de tinta.
Sobre esta hoja imprimo naturalmente la máscara azul y la capa de serigrafía, con lo cual obtengo una calcomanía con toda la cara superior del circuito impresa en blanco sobre fondo azul. Este método tiene un inconveniente, y es que una vez impresa la imagen en este papel especial, tarda 24 horas en secarse, y luego hay que aplicar varias capas de barniz que también deben secarse, así que se tarda más de un día en tener las calcomanías listas para su uso.
La impresión del fotolito se hace como decía sobre film para transparencias, ajustando la impresora para imprimir con la máxima definición y el máximo contraste. También conviene dejar secar la tinta unas cuantas horas antes de utilizarlo.
Pues bien, aquí está este primer vídeo:
En el segundo vídeo se puede ver todo el proceso químico de la placa. Comienza con la exposición a la luz ultravioleta de la placa sensibilizada. En el vídeo vemos cómo se coloca el fotolito sobre el cristal de la insoladora, y sobre él se coloca la placa, a la que previamente quitamos la capa de protección adhesiva.
Una vez dada la exposición, que en este caso es de 90 seg. vemos como se prepara el revelador. Este revelador no es más que una disolución de hidróxido sódico que está preparada en una botella al 6 % (30 g por medio litro de agua), y en el momento de ser utilizada se diluye en una proporción 1:5 con agua templada. Como se ve, al introducir la placa en este baño, la imagen aparece de forma casi instantánea. En el vídeo la placa se pasa a una segunda bandeja que contiene únicamente agua, para detener el proceso.
Lo que ha ocurrido aquí es lo siguiente: La placa virgen está recubierta de una emulsión fotosensible. Cuando esta emulsión recibe la luz ultravioleta se vuelve soluble. Como interponemos el fotolito, las partes negras (pistas) no reciben luz y quedan insolubles, mientras que las partes transparentes dejan pasar la luz que hace que esas zonas se vuelvan solubles. Entonces al introducir la placa en el revelador, las partes solubles de la emulsión, se disuelven, dejando el cobre al descubierto, mientras que la parte que no ha recibido luz se queda sobre el cobre cubriéndolo.
En el siguiente paso introducimos la placa en una disolución de cloruro férrico. La proporción es de 500 g de cloruro férrico por litro de agua. Conviene que este proceso se haga a una temperatura de unos cuarenta grados, y dura unos 10 minutos, así que para mantener la temperatura, yo, lo que hago, es poner la bandeja del cloruro, en el fregadero, con unos centímetros de agua caliente en el fondo. Hay que agitar continuamente la placa. En este proceso el cloruro de hierro disuelve el cobre que había quedado descubierto en el revelado, mientras que la emulsión no disuelta mantiene inatacado el cobre protegido. Visualmente comprobamos cuando ha desaparecido todo el cobre descubierto y cuando ésto ocurre, sacamos la placa del baño y la lavamos con agua.
El siguiente paso es eliminar la emulsión que tenemos todavía sobre el cobre que no ha sido atacado. Como se ve en el video, un poco de acetona disuelve inmediatamente el resto de la emulsión.
Ahora tenemos ya la placa con el circuito reproducido en cobre. Para terminar, después de un buen lavado y de secar bien la placa, y antes de que empiece a oxidarse, pulverizamos la placa con un barniz especial (Plastik 70) que lo protege de la oxidación, y además facilita la operación de soldadura.
Este es el segundo vídeo:
El tercer vídeo, muestra el final del proceso. El vídeo comienza mostrando como se barnizan las hojas de calcomanias, lo que se hace con el mismo producto Plastik 70 (se puede utilizar también barniz acrílico pero tarda mucho más en secar) Conviene dar cuatro o cinco capas de barniz, para que la calcomanía resultante tenga consistencia.
Después vemos el proceso de taladrado de los agujeros. Como no tengo un soporte para el taladro, tengo que hacerlo a pulso, así que hay que armarse de paciencia. Normalmente uso brocas de 0.7, 1, y 1.3 mm según el diámetro de los terminales de los componentes. También de 3,5 mm para los taladros de los tornillos.
A continuación viene el recortado de las placas al tamaño exacto. La mayoría de la gente lo hace incluso antes de la insolación. En mi opinión esto obliga a trabajar con un gran precisión para colocar el fotolito exactamente en su lugar, así que yo dejo los rebordes hasta el final, Con eso tengo unos rebordes que me permiten sujetar la placa durante todo el proceso, incluso con sargentos, como se ve en el taladrado. Mis fotolitos llevan una marca (linea verde en la capa 1) que indica exactamente por donde hay que cortar, marca que se transfiere al cobre como el resto del dibujo, así que luego se puede cortar con toda precisión. En el vídeo se ve que incluso si hago más de un circuito en la misma placa, los manejo juntos durante todo el proceso hasta este punto.
Otra originalidad es la forma de cortar la placa. Como se ve en el vídeo utilizo una tijera de hojalatero, lo cual es mucho más rápido que emplear una sierra, y deja un borde recto y liso que no necesita ningún repaso. Estas tijeras permiten un corte totalmente preciso aunque parece que son una herramienta basta.
Una vez cortadas a medida, viene el famoso tema de colocar la calcomanía de la parte superior de las placas. Como se ve utilizo un adhesivo para calcomanías en la placa (Microset) y a continuación deslizo la calcomanía que ha estado en remojo unos minutos en agua templada y jabonosa. En ese momento se puede ajustar la calca a la posición exacta. Una buena forma de hacerlo es guiarse por los agujeros grandes que suelen ponerse en las esquinas. Es una buena idea tener una linterna o una lámpara que permita mirar el circuito por transparencia para guiarse con los agujeros. A diferencia de lo que ocurre cuando se ponen calcas en superficies curvas, aquí conviene que la película que se transfirere sea fuerte e indeformable. Por eso decía que conviene dar varias capas de barniz, y dejarlas secar totalmente.
Después se alisa con un pincel, y se elimina el exceso de agua. Se observa que dejo la calca un poco grande, de forma que sobrepasa los bordes. Dejando los bordes sin cortar se deja secar totalmente la calcomanía.
En el paso siguiente vemos como se elimina el sobrante de la calca. Pasando una lima plana sobre los cantos, la calca se corta exactamente al tamaño de la placa sin ningún peligro de que se despegue.
Por último hay que perforar agujeros en la calca en correspondencia con los agujeros de la placa. Para los taladros pequeños basta pinchar desde arriba con una aguja. Para los agujeros más grandes, utilizo un cutter bien afilado para eliminar la película sobrante.
El resultado es absolutamente profesional, tal como se puede ver en la fotografía de la cabecera. Nadie diría a la vista de esa imagen diría que se trata de una placa de circuito impreso artesanal.
Es curioso que al subir estos vídeos s YouTube, como YouTube te presenta una lista de vídeos con temas parecidos, me han aparecido una buena lista de vídeos que han publicado un montón de personas, cada uno con su forma de hacer los circuitos impresos. ¡Es increíble la cantidad de inventos que ha hecho la gente para conseguir esto!
Y todavía salen muchos más si se pone en el buscador "PCB DIY" (Cuya traducción es "Printed Circuit Board Do It Yousef") y que he utilizado como título de esta página como homenaje a la jerga de los aficionados americanos, así que si algún lector desea experimentar con otras técnicas, tiene dónde buscar.
Espero que estas indicaciones sirvan para cualquiera que quiera disponer de sus propios circuitos impresos. Evidentemente, si ya se dispone del diseño del fotolito, como es el caso de los circuitos publicados en la sección de descargas de este blog, no hay más que imprimirlo en una hoja de transparencia, para pasar a la parte química.
jueves, 8 de noviembre de 2012
Mis primeros pasos
Hoy me voy a salir del tema habitual de este blog, y voy a hablar de otra maqueta, que ni siquiera es de escala Z sino H0.
Resulta que hoy he estado en la casa donde hice mi primera maqueta de trenes allá por los años 70, y he querido hacer unas cuantas fotografías, para tener un recuerdo y para poder mostrarlo a mis amigos.
Así que he abierto la maqueta (Se trata de una maqueta abatible, como luego se verá), y he colocado un par de trenes, guardados desde aquélla época sobre las vías. Luego he tomado unas pocas fotografías con bastantes dificultades ya que no tenía ni trípode ni luces.
La maqueta está construida, naturalmente con los elementos de la época, es decir con vía Märklin de tipo M con base metálica. Como se ve en las fotografías la vía está empotrada en una base de corcho granulado que imita balasto, y que deja empotrados los mecanismos de los desvíos y de los semáforos.
Vemos también en algunas fotografías los típicos accesorios de la vía M, toperas, desenganchadores, etc.
El mando, por supuesto absolutamente analógico, utiliza tres transformadores Marklin azules y las clásicas botoneras para el control de los desvíos
La maqueta mide 3,30 x 1,25 m y su trazado es un poco ingenuo. Hoy hubiese hecho otro trazado aprovechando mucho más el espacio, pero se nota que entonces era novatillo. Por otro lado en esa época no se podía ni soñar en hacer un proyecto por ordenador.
A lo largo de la parte inferior hay un larguero atornillado a la pared, y con pernios, en los que articula el cerco del tablero. El tablero está formado por un bastidor de madera de pino que por la parte de la maqueta va cubierto con aglomerado de 10 mm y por la parte posterior consta de tres piezas de contrachapado de 4 mm que son las que tienen el poster pegado, que se pueden desatornillar para tener acceso al cableado. Efectivamente entre ambos tableros queda un espacio de unos 20 mm que es donde está todo el cableado, y al que se tiene acceso quitando las tapas de contrachapado.
Cuando la maqueta se baja, queda suspendida de dos fuertes cadenas que quedan formando un ángulo de unos 45 grados. Están fuertemente unidas a la pared, y al cerco del tablero. Cuando se sube. las cadenas quedan colgando ocultas y el tablero se sujeta a la pared con un par de cierres de contraventana.
Como final, pongo unas cuantas imágenes más con detalles que reflejan el estilo de la época. Por ejemplo, se ven algunos automóviles, que no es que traten de imitar modelos antiguos, es que son los de aquellos años
-------- Edición 10/11/2012 ---------
A petición de un lector he añadido un esquema del trazado. Esta imagen, como cualquiera de las otras se amplía haciendo click en ella.
domingo, 28 de octubre de 2012
Un año más
Ya estamos otra vez a 28 de octubre, así que se cumplen cuatro años desde que comencé mi proyecto, y desde que comencé la publicación de este blog.
Como digo siempre, parece que la llegada del otoño, con sus días más cortos y el tiempo frío es lo que me impulsa todos los años por estas fechas a retomar el trabajo en la maqueta. No es por tanto casualidad que empezase mi proyecto en esta fecha, y que ahora esté ya calentando motores.
Haciendo balance del último año, no cabe duda de que ha sido un año productivo, a diferencia del anterior que fue prácticamente perdido por el cambio de domicilio. Por el contrario en la última temporada ha sido cuando he puesto en marcha el control de la maqueta mediante el programa de ordenador que ha recibido también un importante impulso.
Como los seguidores de este blog ya saben, ya esta completamente operativo todo el sistema de control de aparatos de vía, incluyendo los desvíos, desenganchadores y también la rotonda, y por supuesto el sistema que controla los casi cuarenta apartaderos donde se pueden dejar trenes estacionados. Todo ello quedó reflejado en este vídeo que se publicó en Febrero y que tuvo una buena acogida en varios foros:
Después de ese hito, me dediqué al sistema de detección de trenes, muy relacionado con el tema de los semáforos. Ha sido todo un éxito el descubrimiento de los sensores de efecto Hall que he procurado dar a conocer en diversos foros. Parece que algunos modelistas los han probado también con éxito, a si que he tenido últimamente la satisfacción de ver que ya en algunos comentarios se habla de los sensores Hall como alternativa a los detectores reed.
En la parte electrónica ha habido también una meta conseguida, al haber realizado el hardware del sistema de detección que ha sido un desarrollo muy original y que ha funcionado perfectamente.
En el siguiente vídeo, del mes de Junio, vemos, a partir de su mitad, el sistema de detección funcionando, y cómo el programa de control va registrando el paso de la locomotora de pruebas por las diversas balizas.
Y por fin pocos días antes de tomarme unos días de descanso fuera de Madrid, dejé casi a punto el sistema de control de tracción. En la fotografía siguiente, vemos el sistema en plenas pruebas.
Este es el punto en que voy a retomar el trabajo en los próximos días, y mi objetivo es tener para final de año el sistema de control total de la maqueta terminado.
Y en cuanto al blog en si, ha continuado la línea ascendente. Si al final del tercer año estábamos a punto de alcanzar las 100.000 páginas vistas, al final de este cuarto año se han alcanzado las 170.000 páginas, y el ritmo sigue aumentando, estando actualmente en una media de más de 6000 páginas vistas cada mes.
Sobre este tema, he incorporado en el mes de Mayo un nuevo gadget que muesta en un mapamundi los lugares desde los que se accede a este blog. Desde que este gadget está en marcha ha registrado ya más de 13000 visitas provinientes de una gran variedad de países. Es curioso ver el mapamundi cubierto de puntos que reproducen prácticamente el área del idioma español además de un importante grupo de países europeos.
sábado, 20 de octubre de 2012
Arduino
Ultimamente, en varios de los foros en los que participo, se está hablando del famoso Arduino y de su posible aplicación al control de las maquetas de trenes. Realmente yo ya había hablado aquí de este tema, hace como dos años (Alicante 2010), apuntando que podía ser un elemento para resolver las comunicaciones entre el ordenador y mi sistema de control.
Sin embargo, al poco tiempo fue cuando descubrí las placas Velleman K8055 que resolvieron todos mis problemas, y me lancé por ese camino, hasta el punto que hoy tengo casi a punto todo el sistema, basado en esas placas.
Sin embargo un amigo y lector de este blog, me visitó hace unos meses y me comentó que había investigado sobre el tema Arduino y había visto unas posibilidades muy grandes, para construir un sistema semejante al mío, que era su objetivo. Me hizo una pequeña demostración y quedé convencido de que era un camino muy sencillo, bastante más sencillo que el que yo había seguido basándome en las placas Velleman. Así que al día siguiente, pedí un Arduino modelo Mega, cuya imagen vemos en la foto de cabecera.
Sin embargo a los pocos días me fui de vacaciones, con lo que apenas hice algo más que sacarlo de la caja.
Lo primero que habría que hacer aquí es decir qué es un Arduino. Bueno, pues según su fabricante:
Arduino is an open-source electronics prototyping platform based on flexible, easy-to-use hardware and software. It's intended for artists, designers, hobbyists, and anyone interested in creating interactive objects or environments.
O sea traducido al español:
Arduino es una plataforma de código abierto para desarrollo de prototipos electrónicos basada en un hardware y un software flexible y fácil de usar. Está dirigido a artistas, diseñadores, aficionados y a cualquiera que esté interesado en crear objetos o entornos interactivos.
Esta claro ¿no?. Pues eso.
No se si realmente alguno de mis lectores, que no conozca el Arduino, habrá podido enterarse de algo con la definición anterior. Yo confieso que desde luego leyendo eso, soy incapaz de hacerme ni siquiera una remota idea de lo que se está hablando.
Así que le voy a hacer un favor a Arduino ( a lo mejor algún lector consigue enterarse y le compra uno) y voy a explicar, con mis palabras que demonios es esto:
Realmente Arduino es un microprocesador montado en una placa de circuito impreso que proporciona las conexiones de alimentación y entrada salida. Concretamente el Arduino MEGA que yo he comprado tiene un microprocesador ATmega2560.
Un microprocesador o microcontrolador es un pequeño ordenador, tan pequeño que cabe en un único chip, pero que cuenta con las características generales de cualquier ordenador, es decir, una unidad de proceso (CPU), memoria, y conexiones de entrada salida. Volviendo otra vez al ATmega2560 tiene un procesador a 16 MHz, 256 Kb de memoria flash, 8 Kb de SRAM y 4Kb de Eprom, 54 entradas/salidas digitales y 16 analógicas. ¡Todo en ese chip más pequeño que un sello de correos que vemos en el centro de la imagen de la cabecera!
Realmente hace ya mucho tiempo que existen los microprocesadores, y los aficionados a la electrónica los vienen usando con profusión para automatizar elementos tales como robots, simuladores, etc. Sin embargo hasta la aparición de Arduino había tres problemas que dificultaban su difusión:
- Había multitud de microprocesadores distintos, o sea que había que ser capaz de decidir cual era el más adecuado en cada caso y conocer su funcionamento.
- Una vez seleccionado el microprocesador había que diseñar y construir un circuito para llevarle la alimentación, las entradas y salidas, y conectarlas a los distintos sensores y actuadores que deberían interactuar con el microprocesador.
- Y sobre todo: Los microprocesadores, como cualquier ordenador necesitan un programa. Este programa normalmente se desarrolla en un PC con un software especifico para generar este tipo de programas. El problema es que hay muchos tipos de software para generar programas de microprocesador, y no todos valen para todo los micros. Además se necesita un dispositivo electrónico (llamado programador de PIC) donde situamos el microprocesador para transferirle el programa desde el PC, etc etc. Por lo tanto hay que conocer el lenguaje que utiliza el software para poder hacer el programa (y no todos son iguales) y en definitiva, saber programar.
Entonces llegan los señores de Arduino y hacen lo siguiente:
Seleccionan un único microprocesador, escogiendo uno que cubra la mayoría de las posibles necesidades. De hecho esta fue la idea inicial, pero luego han sacado más modelos cambiando a otros microprocesadores mas modernos o mas potentes, pero siempre manteniendo la compatibilidad con los otros modelos.
Lo suministran montado en una placa que incluye todo lo necesario para manejar la alimentación, las comunicaciones con el PC, y conectores para todas las entradas y salidas situados en una posición geométrica estandarizada, de modo que cualquier dispositivo que haya que conectar a esta placa, se "enchufa" directamentre sobre estos conectores y si respeta la geometría de las conexiones quedará debidamente conectado. La placa no sólo incluye todo lo necesario para el funcionamiento del microprocesador sino también para su programación, por lo que no se necesita un programador de PIC
El software para programar el microprocesador lo suministran gratuitamente desde la web de Arduino, de manera que una vez instalado este software en el PC, basta conectar la placa del Arduino al conector USB del ordenador, para poder desarrollar y transferir el programa al microprocesador.
Naturalmente queda el problema de que sigue siendo necesario saber hacer un programa, pero Arduino tiene un lenguaje muy potente y hay multitud de ejemplos en la Web de Arduino.
De hecho, las placas Velleman que yo he usado llevan también un microprocesador, que me lo venden ya programado, y me proporciona la conexión al ordenador y las entradas y salidas, pero sólo valen para dirigir las entradas y salidas y además sólo proporcionan ocho salidas digitales y dos analógicas y cinco entradas digitales y dos analógicas. Así que el Arduino puede hacer esa misma labor pero con mucha más capacidad, si lo programo convenientemente.
Seguramente, con toda esta explicación habrá quedado un poco más claro en que consiste el invento éste del Arduino.
El nerviosismo en los foros al que antes me refería, se debe a la posibilidad de aplicar estos elementos para automatizar funciones en nuestras maquetas.
Hemos dicho que un Arduino tiene "entradas digitales" Esto es sencillamente un pin que detecta si recibe o no tensión, Así que si lo conectamos a un detector de paso o de ocupación de trenes, de cualquier tipo, es decir una vía de contacto, un interruptor reed, un detector Hall, un detector infrarojo, etc, tenemos una señal de entrada que se activará al paso de los trenes.
Las salidas digitales también funcionan presentando o no tensión en sus terminales. Si conectamos un LED se encenderá cuando esta salida se active. Podemos conectar por lo tanto directamente semáforos de leds, pero con un mínimo circuito que suministre la intensidad necesaria, podemos mover también las bobinas de un desvío, o un relé para abrir o cerrar circuitos de tracción.
En definitiva, todo lo que hasta ahora se hacía a base de relés, puede hacerse de forma mucho más simple mediante un Arduino convenientemente programado. Me estoy refiriendo al manejo de circuitos con control de cantones, estaciones ocultas automatizadas, etc.
En cuanto tengamos circuitos medianamente complejos, la ventaja en sencillez es evidente, y además una vez que se amortiza el coste del Arduino, resulta mucho más barato por el ahorro de la mayoría de los relés.
Pero sobre todo, la introducción del Arduino permite incluir características que no son posibles con relés, por ejemplo:
- Tiempos de espera, por ejemplo paradas en estaciones
- Conteo de sucesos y actuación a completarse un número prefijado. Por ejemplo que un tren de un número prefijado de vueltas al circuito antes de cambiar su recorrido
- Funciones condicionales, por ejemplo en función de que un tren sea de pasajeros o mercancías
- Funciones aleatorias, por ejemplo para sacar aleatoriamente los trenes desde una estación oculta
También se ha hablado en los foros de la posibilidad de automatizar con Arduino los sistemas de manejo de trenes mediante paneles giratorios u oscilantes, ascensores, etc.
Todo esto ya justifica la atención que le podemos dedicar a este elemento, pero hay dos temas muy importantes que merece la pena considerar.
El sistema no solo responde a sus entradas, esto es a detectores o pulsadores. sino que puede recibir órdenes desde un ordenador a través de la conexión USB. Así que con un programa muy sencillo, podemos hacer que el Arduino obedezca a las instrucciones recibidas desde el ordenador. Podemos hacer muy sencillamente un "cuadro de mandos por ordenador" para manejar todos los aparatos de vía (desvíos, semáforos, desenganchadores, rotonda...). Tan sencillamente como lo que expuse en
"Un poco de Software"
La otra posibilidad se refiere sólo a los sistemas analógicos. En este caso, se pueden utilizar algunas salidas del Arduino para generar señales PWM. Como ya he comentado, con estas señales se maneja de una forma muy precisa la velocidad de las locomotoras analógicas, de manera que podemos crear sistemas de control de tracción muy eficientes.
Ya he comentado aquí que la placa "Etapa de potencia" que construí en Diciembre de 2010 había decidido no utilizarla al cambiar de idea en la forma de organizar mi sistema de control. (Véase: "Control de tracción") Esta placa entonces me sobraba, así que cuando el amigo al que antes me refería me dijo que estaba sacando las señales PWM del Arduino, le regalé la placa, de manera que no tuvo más que conectarla, y según me confirmó el sistema le funciona perfectamente.
Es curioso que una placa diseñada para un tema distinto haya servido para obtener un sistema de tracción controlado por Arduino. Y es que como antes decía las placas Velleman no son tan diferentes de la solución Arduino.
Parece entonces que al fin y al cabo, hay poca diferencia entre el sistema basado en placas Velleman, en concreto en tres placas, y el que podría hacerse basado en un Arduino. Queda claro que en este caso el Arduino hubiese actuado simplemente como elemento de comunicación con el ordenador en el que corre el programa de control.
Sin embargo, si hay diferencias. Concretamente dos y muy importantes, sobre todo porque eliminan dos problemas que me han dado las placas y que me habría ahorrado siguiendo el camino del Arduino.
El primer problema lo expuse en "Tenía que hacer esta prueba" hace casi dos años. Se deriva de la necesidad de separar el programa de control en dos subprogramas distintos, uno con la interfase de usuario, y otro con las comunicaciones con las placas Velleman, que tenía que ejecutarse en tantas instancias simultáneas como placas Velleman tuviese el sistema. Lo peor no es la separación en dos subprogramas sino la comunicación entre el de interfase y los de comunicaciones, que fue resuelto de una forma complicada, y que introduce una cierta lentitud en el sistema. Todo esto se habría evitado con un Arduino, que tiene más capacidad que las tres placas.
El segundo, lo expuse aquí en "Software de detección" se refiere a la forma de detectar que se ha activado una de las balizas de vía por el paso de un tren. Como las placas Velleman no producen ningún evento al cambiar de estado, la única forma de detectar el cambio de una baliza era hacer un polling del valor de las entradas con una frecuencia de 15 milisegundos. Esto consume muchos recursos del ordenador y además no garantiza absolutamente que no se pierda alguna señal, aunque en las pruebas efectuadas ha funcionado bién.
Por el contrario, la comunicación del Arduino con el ordenador se hace mediante un control de comunicaciones COMM. Este control si tiene un evento que se activa cuando cambia el valor de la entrada, de manera que esta detección se puede hacer de manera mucho más sencilla, rápida y segura.
En resumidas cuentas, que las dos complicaciones más importantes que he tenido que resolver en el desarrollo del programa de control, no las hubiese tenido, de haber utilizado desde el principio el Arduino como front-end de comunicaciones.
Y ahora viene mi duda: ¿Por donde sigo? ¿termino el desarrollo del sistema de control por el camino que he seguido hasta ahora. o paro esta línea de desarrollo y modifico todo lo hecho para adaptarlo a la solución Arduino?
La verdad es que esta duda me tiene un poco perplejo y estoy parado sin progresar por ninguna de las dos líneas.
Espero ser capaz de tomar una decisión en unos días y comenzar la nueva temporada, que ya será la del quinto año, con el camino decidido.
martes, 18 de septiembre de 2012
Unplugged
Ya sabrán mis lectores que muchos cantantes y grupos musicales utilizan la palabra Unplugged como título de una grabación, cuando ésta ha sido hecha con instrumentos acústicos, literalmente "sin enchufes". Bueno como ya he comentado, este verano he estado yo también totalmente desenchufado, puesto que no solamente estaba alejado de mi maqueta, sino que incluso estaba prácticamente sin conexión a Internet, así que no había forma de progresar en la construcción de mi maqueta. No era cuestión de llevarme los circuitos de tracción, junto con la fuente de alimentación, osciloscopio, soldador, etc etc.para progresar en esa línea.
Sin embargo, recordé que tenía pendiente un trabajo, que podía llevarme en una carpeta, y no necesitaba más instrumental que unas tijeras y pegamento, pero que requería una buena cantidad de horas y tranquilidad para dedicarme sosegadamente a él. Me refiero al montaje de la maqueta del castillo de Neuschwanstein al que me referí en un artículo anterior.
Así que aparte de algunas lecturas veraniegas, he dedicado este verano unas cuantas horas (calculo que cuarenta o cincuenta horas) al montaje de este kit, al que me resisto a llamar recortable, que es la palabra tradicional, porque en mi opinión esto está bastante por encima del concepto que todos tenemos de esa palabra.
La fotografía de la cabecera, parece un trucaje, pero es mucho más real de lo que parece: Tanto el castillo como el tren, están fotografiados simultáneamente en mi maqueta, con el castillo en la posición que tengo pensada para él (quizá lo ponga un poco más alto), y la foto de ambos no tiene más truco que la elección de un adecuado punto de vista.
Lo que si está trucado es el fondo: Esas montañas, que en realidad no son de Baviera sino del Pirineo leridano, han servido perfetamente para componer esa bonita postal.
Me ha gustado mucho lo adaptado a la escala que queda el castillo. Ya lo sabía, puesto que la escala del modelo es de 1:250, así que resulta inapreciablemente más pequeño del tamaño exacto No se trata de una construcción de último término como se hace en otras maquetas, utilizando edificios de escala francamente reducida. Aquí el castillo queda un plano medio y la vía del tren prácticamente rodea su base, por lo que no quedaría bien un modelo de escala reducida.
Los que ya me conocen saben que no puedo resistir la tentación de decir que algo como esto, sólo es factible en escala Z. En cualquier escala mayor, el castillo sería tan grande que protagonizaría toda la maqueta, o habría que utilizar una falsa perspectiva para situarlo en el fondo a escala mucho más reducida que la de los trenes.
Respecto del kit se trata del modelo 593 de la empresa Schreiber-Bogen, y ya he comentado alguna vez, que para mi, ésta es la mejor empresa en maquetas de cartón. La he comprado en la web de Papel3D En concreto este kit viene impreso en once hojas de tamaño DIN A4 en cartulina ligera, más unas cuantas hojas de cartón más grueso, con las que se refuerzan determinadas piezas de modo que queda una estructura con suficiente solidez para que se pueda manejar sin problemas.
Ni que decir que hay cientos de piezas, algunas de tamaño minúsculo, por lo que hay que armarse de paciencia, y también de unas buenas pinzas para facilitar el montaje. Al acabar el montaje, yo le he dado varias capas de barniz mate, con el doble objetivo de reforzar la superficie del papel y hacerlo insensible a la humedad.
Ya se que es muy difícil hacerse una idea del detalle de uno de estos modelos de cartón a partir de fotografías, sobre todo porque en las fotografías es casi imposible distinguir lo que está pintado (impreso) en la cartulina, y lo que es auténtico relieve. Sin embargo incluyo a continuación unas cuantas fotografías del modelo terminado. Espero que los lectores puedan hacerse una idea clara de cómo son estos modelos, sobre todo recordando que al hacer click en las imágenes estas se amplían.
jueves, 6 de septiembre de 2012
Ponga un amperímetro en su vida
Seguramente el título de este artículo es un poco exagerado. En realidad voy a dedicar este artículo a describir cómo se puede colocar un amperímetro en nuestra instalación, para comprobar en cada momento cuál es el consumo de la maqueta, concretamente me refiero al consumo del circuito de tracción, que será el producido por las locomotoras.
La verdad es que por lo que yo se, ninguna de las fuentes de alimentación que se venden para trenes en miniatura, (de cualquier escala) incluyen ni un voltímetro, ni tampoco un amperímetro, así que puede parecer un capricho exótico el pretender instalar uno. Supongo que la primera razón para ello es que se trata de un elemento relativamente caro, y también ese miedo que los fabricantes tienen a que un elemento que parezca técnicamente complicado ahuyente a muchos clientes que buscan la mayor sencillez. Sin embargo he visto fotografías en que muchos aficionados han colocado voltímetros y amperímetros en los cuadros de mando de sus maquetas, así que yo quise poner uno en mi proyecto PWM09VD que fue descrito en el artículo Electrónica de diseño.
Me parece interesante conocer en cualquier momento la intensidad que está entregando la fuente de alimentación por varios motivos. El primero es vigilar que la fuente de alimentación no está siendo forzada, pero seguramente lo más importante es vigilar cual es el consumo de las locomotoras. Ya se ha comentado aquí que si el consumo de una locomotora de escala Z aumenta, es un síntoma claro de que algo va mal en la locomotora. Posiblemente necesita una buena limpieza, pero también se puede tratar de un problema mayor.
Por este motivo, y desde luego, por darle un aspecto más profesional, me decidí a poner el amperímetro que se ve en la imagen de cabecera, pero me costó mucho trabajo conseguir que funcionase, y al final hice una chapuza con una pila y un relé, tal como comenté en el artículo antes señalado. Naturalmente me dejó un mal sabor de boca haber tenido que recurrir a semejante ñapa, así que he seguido investigando cual sería la forma correcta de hacerlo, y como ya he llegado a una conclusión sobre el tema, voy describirlo en este artículo, cumpliendo así la promesa hecha en "Ya Funciona?" .
Pero primero vamos con un poco de teoría. En la figura 1 vemos, reducido a lo fundamental el circuito de alimentación de cualquier dispositivo eléctrico, incluyendo una maqueta de trenes. En la parte de la izquierda tenemos la fuente de alimentación, esquematizada con una fuente ideal de tensión V1 y una resistencia Ri que representa la resistencia interna de la fuente. A la derecha, tenemos el elemento que consume la potencia suministrada por la fuente de alimentación, representado por la resistencia RL
Figura 1 |
La fuente V1 proporciona constantemente una tensión V0, teóricamente con independencia de la intensidad que circula por el circuito. Sin embargo toda fuente real tiene una resistencia interna que representamos por Ri, de manera que cuando circula una corriente I1 por el circuito, se produce una caída de tensión en Ri de valor Ri x I1,así que, de cara al exterior, la tensión que aparece en las bornas de la fuente es Vf=V0-Ri x I1
Aclaro que Ri no es una resistencia que se ponga en la fuente a propósito, sino que representa un valor que resulta de la construcción de la fuente, de modo que el comportamiento real de la fuente es como si estuviese formada por una fuente de tensión ideal de valor V0 y una resistencia de valor Ri
Por ejemplo, si V0 es 10 Voltios y R1=0,5 Ohm, cuando circula 1 Amperio por el circuito la tensión que dará la fuente es:
Vf = 10 - 0,5 x 1 = 9,5 Voltios.
Si circulan 2 amperios, será:
Vf = 10 - 0,5 x 2= 9 Voltios
Como vemos, según la fuente proporciona mayor intensidad, la tensión disminuye ligeramente. Tanto más cuanto mayor sea la resistencia Ri. Será interesante que la resistencia interna Ri sea lo menor posible para que la tensión se mantenga lo más estable posible. El efecto de los circuitos estabilizadores de tensión se refleja en la disminución de la resistencia interna. de forma que la fuente mantenga la tensión con la menor caída posible dentro del margen de corriente para el que está prevista.
En una maqueta, como en cualquier otro circuito, la resistencia RL indica la carga en cada momento, representando por ejemplo los motores de las locomotoras, luces, etc. Por lo tanto, según aumenta o disminuye esta carga (según haya más o menos locomotoras, según si suben o bajan, según si llevan pocos o muchos vagones, etc) la intensidad I1 irá variando en cada momento. Pretendemos medir esta intensidad con un amperímetro que nos indique el valor de la intensidad, y que por lo tanto sea un reflejo de cómo está de cargado el circuito en cada momento.
Podemos situar un amperímetro para medir la corriente I1 y también un voltímetro para medir la tensión Vf. Esta última medida tiene menos interés ya que no debe haber variaciones significativas si la fuente está bien diseñada. La forma de conectar estos aparatos es la siguiente:
Figura 2 |
Aquí surge un tema muy importante: el hecho de introducir un elemento para medir la intensidad o la tensión, no debería producir ninguna alteración en los valores que queremos medir, porque si influyese desvirtuaríamos totalmente la medición que queremos hacer (con permiso del señor Heisenberg y su principio de incertidumbre). Para conseguir esto, el amperímetro debe tener una resistencia cero o muy baja, de manera que no suponga un aumento de la carga RL de forma apreciable. Por el contrario, un voltímetro debe tener una resistencia infinita o al menos muy alta, de forma que no circule prácticamente ninguna corriente por su interior, ya que si lo hiciese, la fuente de alimentación debería suministrar ese extra de corriente que circularía por el voltímetro.
Hasta hace unos años, los voltímetros y amperímetros que estaban disponibles eran analógicos, del tipo clásico de aguja móvil, como el de la figura 3
Figura 3 |
Pero claro, estos aparatos de aguja móvil resultan un poco pasados de moda en la era digital, así que lo que normalmente queremos hacer es poner un voltímetro o amperímetro digital, al estilo del que se ve en la fotografía de la cabecera. Cuando uno va a los catálogos de componentes electrónicos a buscar uno de estos amperímetros o voltímetros del rango necesario, por ejemplo de 0 a 3 Amperios para el amperímetro (como lo es el de la figura 3) y por ejemplo de 0 a 10 Voltios para el voltímetro, no encuentra nada parecido. Realmente no se ofrecen como tales amperímetros o voltímetros sino como "instrumentos digitales de panel", y no sólo no se diferencian entre voltímetros o amperímetros sino que tampoco se diferencian por el rango. Los modelos que vemos en los catálogos, se diferencian por el tamaño, por ser de cristal líquido o de Led y en este caso por el color del led. Se les llama también visualizadores digitales e incluso displays aunque yo prefiero reservar la palabra display para cada uno de los elementos que muestran cada uno de los números de estos visualizadores.
Está claro que los fabricantes han tratado de evitar caer en el mismo error que con los analógicos y tener que fabricar un montón de variedades distintas según la función y el rango. En lugar eso ceden amablemente esta responsabilidad al usuario.
Por ejemplo, copio aquí las características del modelo PMLED de Velleman obtenidas de la página de este producto en la web de Velleman (es el que vemos en la fotografía de cabecera)
Especificaciones
- display: LED de 3 1/2 dígitos
- sensibilidad de entrada: 200mV FS
- alimentación: 9Vdc
- selección de punto decimal: con cables de puente
- indicación automática de polaridad
- altura de los dígitos: 14mm (0.56")
- frecuencia de muestreo: 2 - 3 lecturas / segundo
- visualización de cero garantizada para la entrada de 0V
- alta impedancia de entrada: > 100Mohm
- precisión: ± 0.5%
- consumo: 50 - 60mA
- dimensiones: 68 x 44mm
O sea que como el primer dígito de la izquierda, solo puede estar apagado o presentar un uno, pero no un dos, el valor mas alto que se puede leer es :
La segunda línea dice: Sensibilidad 200 mv FS o sea 200 mV a fondo de escala. Quiere decir que el valor máximo que puede indicar el aparato corresponde a la situación en que en los terminales de entrada le conectemos 200 mV. Asi que ese valor que podemos ver en el display como 1999 quiere decir realmente 199,9 milivoltios, es decir, prácticamente 200 milivoltios
En definitiva: Primero: que esto es un voltímetro. Segundo: que su rango es 0 a 200 mV. ¡Acabáramos! . Para mayor confirmación, vemos que la impedancia de entrada es mayor que 100 M Ohm, es decir, muy alta como corresponde a un voltímerto decente.
Se puede uno preguntar ¿Y porqué no hacer que el primer dígito pueda representar cualquier valor, de modo que puedan leerse valores hasta 9999? La razón es que ese primer dígito puede representar también un signo negativo encendiendo el segmento central horizontal, de manera que con un sólo display podemos representar 1 y -1. Como el 2 ya necesita ese segmento para representar el número habría que poner un quinto display sólo para el signo, lo que encarecería el aparato.
Bien pues está claro lo que tenemos, pero también está claro que queremos otra cosa. Empecemos por lo fácil: Voy a suponer que quiero utilizar este voltímetro para medir la tensión de salida Vf de la fuente de alimentación de mi maqueta, tal como está dibujado en la figura 2. Sabemos que esta tensión es del orden de 9 voltios (digamos que varía como mucho entre 7 y 12) así que si este aparato lee solo hasta 200 mV no podemos conectarlo directamente. Si lo hiciésemos daría una indicación de sobrecarga y hay peligro de estropearlo.
La forma de hacer esto es conseguir generar una tensión proporcional a la que queremos medir pero dentro del rango 0 a 200 mV. Esto se consigue con dos resistencias de la forma siguiente:
Figura 4 |
En los contactos de salida de la fuente, donde aparece la tensión Vf que queremos medir, hemos situado dos resistencias en serie, Ra y Rb, y conectamos el voltímetro en la primera de ellas, de manera que mida la caída de tensión en la resistencia Ra. Nótese que la caída de tensión en la resistencia Ra más la caída de tensión en Rb, es decir la suma Va + Vb es igual a la tensión Vf que queremos medir. Por ejemplo, si Ra = Rb será Vb = Va y por lo tanto Vb será la mitad de Vf. Así que si por ejemplo Vf es 9,5 Voltios la tensión que aparece en los terminales del voltímetro es 4,75 Voltios. Todavía por encima de los 200 mV (0,2 V) admisibles por el aparato.
Si hacemos que Ra sea la décima parte, o la centésima parte de Rb, la tensión en el voltímetro será (mas o menos) la décima, o la centésima, de Vf. Digo más o menos porque realmente Ra debe ser la décima, centésima, etc del total Ra + Rb para que la tensión Vb sea exactamente la décima centésima etc de Vf
Pero no basta con dos resistencias cualesquiera que sean una de otra diez o cien veces mayor. Es necesario que el conjunto de las dos resistencias y el voltímetro se siga comportando como un voltímetro decente, así que el valor total Rb + Ra debe tener un valor muy alto.
Por ejemplo si Rb=9900 KOhm (9.9 MegaOhm) y Ra=100 KOhm la suma es 10000 KOhm y por lo tanto Ra es la centésima parte del total Ra+Rb.
Si Vf es 9,5 Voltios, por la ley de Ohm, por la rama Ra + Rb circulará una corriente de :
I=Vf / ( Ra+Rb) = 9,5 / 10000 = 0,00095 Miliamperios
Estos 0,00095 miliamperios producirán una caída de tensión en la resistencia Ra, de valor:
Va= I x Ra =0,00095 x 100000 = 95 Milivoltios
¡Al fin un valor comprendido entre 0 y 200 milivoltios, o sea un valor representable por el dispositivo!
La moraleja de esto es que necesitamos parejas de resistencias que sumen 10000 K (10 MegaOhm) y tal que una sea una décima, centésima milésima etc de la suma de ambas. Por ejemplo para medir tensiones en el rango de 0 a 200 voltios hay que poner Ra=10 K y Rb = 9,99 M.
Pero ¿de dónde saco una resistencia de 9,99 MOhm? no es ni mucho menos un valor estándar. Afortunadamente, al menos en este caso, los amables señores de Velleman incluyen un juego de resistencias para permitir realizar esos divisores de tensión. Se trata de resistencias de película metálica y de alta precisión. El propio dispositivo PMLED tiene previsto un lugar donde soldar estas resistencias para crear el divisor de tensión, según el rango de tensiones que vayamos a medir.
Así que con el divisor de tensión que hemos montado, si conectamos la tensión de 9,5 Voltios, al medidor le llegan 95 Milivoltios y lo que veremos en el display es:
Pero nosotros no queremos leer novecientos cincuenta, queremos leer nueve coma cinco. La forma de conseguir esto es hacer que aparezca un punto decimal entre el nueve y el cinco y eso se consigue (otra vez manualmente) soldando un puente entre dos puntos del circuito impreso del dispositivo.
Adviertase que para cada par de resistencias, el rango de tensiones se multiplica o divide por diez, de modo que para cada par de resistencias la posición del punto es fija, así que puede dejarse fija mediante el mencionado puente. Entonces se verá así, y leeremos correctamente 9,5 Voltios
Realmente el aparato está leyendo 95 milivoltios, pero no sabe que nosotros hemos falseado la cantidad dividiéndola por cien, así que somos nosotros los que tenemos que forzar la aparición del punto en la posición correcta para leer 9,5 Voltios.
Si realmente tenemos que medir tensiones en el rango 0-200 milivoltios, el valor de Ra debe ser infinito y el de Rb debe ser cero. Eso es equivalente a dejar sin poner la resistencia Ra y poner un puente en lugar de Rb. Así es como viene de fábrica el dispositivo.
Adviértase que con este único dispositivo podemos montar un voltímetro para una gran variedad de rangos, desde 0 a 0,2 Voltios hasta 0 a 200 Voltios y más. Realmente, como el voltímetro lee también tensiones negativas tenemos rangos entre -0,2 a + 0,2 hasta -200 a +200. (con Ra=1K se podría llegar a 2000 Voltios, pero esta tensión es muy alta para el aislamiento de los circuitos electrónicos por lo que el fabricante recomienda no pasar de 500 Voltios)
El voltímetro que construimos, si consideramos que las resistencias pasan a formar parte del voltímetro, continúa teniendo una gran resistencia interna, del orden de los 10 Megahomios, y por lo tanto continua siendo un buen voltímetro. Hemos calculado que la corriente que circula por la rama del voltímetro con una tensión de 9,5 Voltios en la fuente es de sólo 0,00095 miliamperios frente a los dos o tres amperios que genera la fuente, luego la perturbación introducida en el circuito es despreciable.
Bueno, pues hemos conseguido poner en nuestro circuito un voltímetro que señala en cada momento la tensión producida por la fuente de alimentación. Como ya he comentado el propio circuito del dispositivo tiene previsto un lugar para soldar las resistencias Ra y Rb y además se suministra un juego de resistencias para poder conseguir varios rangos de medición. Además las instrucciones indican cuales deben ser esas resistencias para cada rango de medida, aunque estas instrucciones son un tanto confusas y sobre todo la traducción al español, resulta ininteligible (me refiero por supuesto al instrumento de Velleman)
Pero esto era lo fácil, porque ahora lo que queremos es utilizar este aparato, que como sabemos tiene una gran resistencia interna, para visualizar la intensidad que circula por el circuito, haciendo la función de un amperímetro, aparato que como sabemos debería tener un resistencia interna bajísima.
En primer lugar, a diferencia del caso anterior, ni se suministra ninguna resistencia adicional, ni el circuito del aparato tiene previsto ningún lugar para situar la resistencia adicional que se necesita, ni aparecen instrucciones relativas a este caso, ni nada parecido. Solamente se menciona que el dispositivo puede utilizarse como amperímetro.
El truco es similar al anterior, pero ahora lo que ponemos en el circuito es una resistencia en serie, y conectamos el dispositivo para leer la caída de tensión en ella cuando circula la corriente. El esquema queda como sigue:
Figura 5 |
Esta resistencia, que en los tratados de electrotecnia se denomina Shunt, se escoge con un valor muy bajo, de forma que su influencia sea despreciable respecto de las otras resistencias del circuito RL y Ri.
Por ejemplo un valor adecuado para RS es 0,1 Ohm. Si por el circuito circulan por ejemplo 1,8 Amperios, la caida de tensión en la resistencia Rs será
Vs=I1 x Rs = 1,8 x 0,1 = 0,18 Voltios = 180 milivoltios.
!Aleluya! de nuevo un valor de tensión en el rango 0 - 200 mV que es el adecuado para nuestro aparato, así que como le llegan 180 milivoltios el display mostrará la cifra:
De nuevo, tendremos nosotros que saber que la cifra está multiplicada por 100, de manera que hay que poner el puente correspondiente para que la lectura sea:
Y leamos directamente que por el circuito pasan 1, 8 Amperios. En la imagen de cabecera el amperímetro está configurado así y muestra una lectura de 0.038 amperios o 38 miliamperios.
Por supuesto el valor de la resistencia Rs debe escogerse de forma apropiada para que el valor reflejado en el visor sea proporcional, con un múltiplo de 10 a la intensidad a medir.
Quiero decir que yo puedo poner una resistencia de por ejemplo 1 Ohm, pero entonces la caída de tensión en esa resistencia será de 1,8 voltios. Si pongo en el voltímetro las resistencias oportunas se podrá usar el rango 0- 2 voltios para leer ese valor. Sin embargo hay un problema: la caída de tensión en la resistencia de 1 Omio es de 1,8 Voltios, así que si la fuente está proporcionando 9,5 Voltios se pierden 1,8 en la resistencia, y llegan solo 7,7 voltios a la carga, con lo cual hemos estropeado por completo la regulación de la fuente de alimentación. Además esa caída de 1,8 voltios en la resistencia con una intensidad de 1,8 Amperios produce una disipación de 3,24 Watios, o sea que esa resistencia se va a calentar bastante y desde luego no puede ser una resistencia ordinaria de 1/4 de watio.
En resumen que la resistencia de Shunt debe ser bajísima, todo lo baja que podamos conseguir y que nos proporcione una caída de tensión medible. Para un caso como este, si no vamos a pasar de 2 Amp es muy apropiada una resistencia de 0,1 Ohm.
El problema vuelve a ser la disponibilidad de resistencias de tan bajo valor. La mayoría de las series de resistencias, de potencias de 2 watios y menores tienen como valor más bajo 1 Ohmio. Esto es lo que me pasó cuando construí el equipo mostrado en la fotografía de portada, así que tuve que poner una resistencia de 1 Ohm y 2 Watios. Pero claro, si hubiese puesto el ampertímetro a la salida de la fuente, se habrían perdido un voltio por cada amperio según lo explicado antes, de manera que para el caso de varias locomotoras con consumo total próximo a 2 Amperios, si la fuente generaba 9 Voltios a la vía llegarían 7 Voltios: Inadmisible.
Así que lo que hice fué situar la resistencia de Shunt por delante de la fuente y no a la salida, de manera que el amperímetro lo que en realidad lee es el consumo de la fuente. Por supuesto cuando hay locomotoras en marcha, casi todo el consumo de la fuente se emplea en enviar corriente a la vía, por lo que el valor indicado por el amperímetro es bastante cercano al consumo de las locomotoras, pero siempre ese valor está algo incrementado por el consumo interno de la propia fuente, incluyendo los leds de señalización etc. Este es el motivo de que en la fotografía de la cabecera se lea un consumo de 38 miliamperios cuando no hay trenes conectados a este controlador.
Posteriormente he localizado resistencias de 0,1 Ohm. Se trata de resistencias bobinadas de 4 Watios de potencia que pueden comprarse aquí: Diotronic En el artículo "Ya funciona?" se puede ver una de estas resistencias montada en el circuito de tracción de mi sistema. Con ella podré medir realmente el consumo total de las locomotoras. De hecho en la primera fotografía de ese artículo se puede ver un amperímetro conectado a esta resistencia como shunt, en pleno funcionamiento.
A lo mejor, el paciente lector que haya tenido la paciencia de llegar hasta aquí, está pensando que ya está todo resuelto, puesto que ya ha quedado más o menos clara la forma de conectar un amperímetro a la fuente de alimentación para que nos indique el consumo de corriente de la maqueta en cada momento. Lamento comunicar que no es así: De hecho falta todavía un tema que es todavía más complicado de resolver que todo lo expuesto hasta aquí.
El problema viene de lo siguiente: El dispositivo de visualización requiere energía para su funcionamiento. En los instrumentos analógicos que mencionábamos antes, la energía, se toma del propio circuito que están midiendo, y naturalmente eso supone alterar la magnitud que queremos medir.
Sin embargo en los instrumentos digitales existe una entrada adicional para conectar una alimentación. En la lista de especificaciones del PMLED que antes reproducía, vemos que se indica que se requiere una alimentación de 9 Voltios y que este dispositivo tiene un consumo de 50 - 60 Miliamperios. Bueno, después de todo es lógico ya que se trata de un circuito electrónico que necesita su alimentación y además los leds tienen un cierto consumo de corriente.
La tentación inmediata es que si uno dispone de una tensión de 9 Voltios o superior en su controlador, poner un regulador de tensión con salida de 9 Voltios y llevar esta alimentación al visualizador. Bueno, pues no vale. Si hacemos esto, la masa es común entre el resto del circuito y el visualizador y ésto no solamente hace que no funcione el visualizador sino incluso que se destruya (y hablo por experiencia propia) Las instrucciones recomiendan que el visualizador se alimente desde una pila de 9 Voltios, ya que de esa forma esta alimentación queda completamente aislada del resto del circuito.
Pero claro, poner una pila, aparte de parecer algo primitivo tiene dos inconvenientes: En primer lugar la pila se gasta, y bastante rápidamente si como es habitual hacemos funcionar la maqueta en sesiones que duran horas. En segundo lugar, si no hacemos nada, la pila queda conectada permanentemente con lo cual el display se queda encendido incluso con la instalación apagada. Como ya comenté, cuando construí el PWM09VD, y me encontré este problema acabé poniendo efectivamente una pila, pero puse además un relé que conectaba y desconectaba la pila al encender el aparato. Me parece una solución totalmente rocambolesca.
Pero claro, la solución no es ni mucho menos fácil. Si tenemos que tener una alimentación aislada, dicho con mayor propiedad, galvánicamente aislada, la única solución que yo conozco es partir de un transformador propio, o bién de un transformador con más de un bobinado, y utilizar uno de los bobinados para el visualizador con el correspondiente rectificador, estabilizador etc y el otro bobinado o el otro transformador para el resto del controlador. Pero claro, eso todavía podía hacerse con cierta complicación hace años, cuando normalmente se situaban los transformadores dentro de los equipos, pero ahora que la tendencia (y hasta la legislación) imponen que se utilicen alimentadores de red conectados en el enchufe, lo que llega a un aparato como PWM09VD es directamente una corriente ya de tensión reducida y ya rectificada. No sería de recibo que un aparato así tuviese que ser conectado a la red eléctrica mediante DOS alimentadores de red, solo para resolver el tema de la alimentación del amperímetro.
Y en estas estaba cuando trasteando por la red, descubrí que existe un tipo de componente electrónico que resuelve el problema. Se llaman Convertidores DC /DC. Su función, para decirlo corto, es como un transformador, pero para corriente continua. Es decir tienen dos terminales de entrada que conectamos una tensión continua, y tienen otros dos terminales de salida en los que aparece otra tensión continua de distinto valor, y además la entrada y la salida están aisladas. La tensión de salida puede ser mayor o menor que la de entrada. Debo decir que no tengo ni idea de cual es el fundamento tecnológico de estos dispositivos, y me gustaría saberlo. La especificación de uno de estos componentes define la tensión de entrada, la de salida y la potencia de transferencia admisible.
Donde yo lo encontré es en esta web: Raisertronic que parece especializada en el tema de visualizadores digitales de panel.
Luego, sabiendo ya lo que hay que buscar, he podido localizar muchos más de estos elementos aunque me temo que no son muy habituales en tiendas de electrónica.
Raisertronic vende incluso fuentes de alimentación aisladas especificamente preparadas para alimentar los visualizadores digitales.
Aunque todavía no lo he probado, no tengo duda de que esta es la solución definitiva para alimentar uno o varios visualizadores digitales que puedo conectar a estos dispositivos cuya salida produce 9V de corriente continua, a partir de una entrada de 5 V de corriente continua, manteniendo la separación entre ambos circuitos.
En definitiva, puedo poner voltímetros o amperímetros en los circuitos que quiera para controlar el funcionamiento de la maqueta, pero está claro que la cosa no ha sido fácil, porque me ha costado bastante investigación llegar a aclarar todos estos problemas, y además se requieren una serie de componentes poco habituales que me ha costado localizar. Espero que si alguno de los lectores de este artículo quiere poner un amperímetro en su vida, su lectura le facilite la tarea.
Antes de dar por terminado el tema, quiero añadir una postdata: Todo lo que se ha dicho corresponde a tensiones y corrientes continuas. ¿qué pasa si la fuente que queremos controlar produce un forma de onda distinta, concretamente en el caso de la corriente pulsada PWM que es la que realmente genera este controlador?
Supongamos que la tensión de salida es una función periódica, con una frecuencia por encima de unas decenas de hertzios, incluso hasta miles de herzios. En ese caso, suponiendo que la carga RL es puramente resistiva, la intensidad I1 en el circuito, que deseamos medir, adoptará una forma de onda análoga a la de la tensión. Realmente un motor como sería en este caso el de una locomotora, no es una carga resistiva, pero la forma de onda de la intensidad será también de la misma forma aunque con un cierto desfase. En definitiva la intensidad a medir será también una función periódica de la misma forma que la tensión.
Supongamos que tenemos un amperímetro analógico del tipo de aguja móvil como el de la figura 3. La fuerza que mueve la aguja es proporcional a la intensidad, y por lo tanto será una fuerza pulsante, que debería hacer que la aguja subiese y bajase al ritmo de la variación de la intensidad. Sin embargo, debido a la inercia de la propia aguja y su sistema de suspensión, la aguja no se puede mover a un ritmo tan alto, así que se estabiliza en un punto a medio camino entre lo que correspondería al valor máximo y al mínimo. La aguja se pondría en ese mismo punto con una corriente continua constante de un valor que sería el correpondiente al punto que marca la aguja.
En el artículo PWM I dibujábamos las formas de onda de una corriente PWM con varios valores de proporción entre el ancho de pulso y el periodo de la onda. En esos dibujos poníamos en verde una línea marcando la tensión continua equivalente. La intensidad correspondiente a esa tensión equivalente sería exactamente lo que marcaría el amperímetro. Adviértase que en caso del amperímetro analógico, es la inercia de la parte móvil (aguja, etc) la que estabiliza la lectura en un valor que corresponde al valor de la corriente continua equivalente.
En el caso del visualizador digital, el tema es completamente distinto. En un sistema electrónico no hay nada parecido a la inercia, así que en principio no habría nada que impidiese que el valor visualizado fuera variando en cada instante siguiendo la forma de onda de la corriente. (Para frecuencias muy altas habría que tener en cuenta efectos inductivos y capacitivos que harían dificil que se cumpliese exactamente esa variación instantánea) En todo caso, aún para frecuencias bajas, la velocidad con la que cambiaría la visualización de los valores en los displays, sería tan alta que se confundirían unas lecturas con otras en nuestros ojos y no veríamos claramente ninguno de los números*.
Así que si no hacemos nada, la visualización de los valores en el display cambiaría tan rápidamente que no se podría leer nada.
Lo que se hace en este caso, es que los circuitos que controlan estos visualizadores, presentan un determinado valor y lo mantienen un cierto tiempo invariable, hasta que presentan un nuevo valor. En las especificaciones del visualizador se dice: "Frecuencia de muestreo: 2 - 3 lecturas / segundo" Esto se refiere a esta propiedad, así que en este caso, una vez que se visualiza un valor, permanece invariable hasta que no pasan dos o tres segundos y entonces se muestra el siguiente valor.
Cabria aquí una cuestión: La palabra muestreo parece indicar que lo que se hace es leer el valor en un instante determinado, después esperar un tiempo de 2 a 3 segundos y leer el valor instantáneo en ese segundo momento. Lo que haya pasado entre ambos instantes resulta ignorado. Yo creo que lo que se hace realmente es que cada visualización presenta el valor medio entre un instante y el siguiente. Si tengo razón, en el caso de la señal PWM el valor mostrado será también el valor medio de la corriente, lo mismo que en el caso del amperímetro analógico.
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Aunque todavía no lo he probado, no tengo duda de que esta es la solución definitiva para alimentar uno o varios visualizadores digitales que puedo conectar a estos dispositivos cuya salida produce 9V de corriente continua, a partir de una entrada de 5 V de corriente continua, manteniendo la separación entre ambos circuitos.
En definitiva, puedo poner voltímetros o amperímetros en los circuitos que quiera para controlar el funcionamiento de la maqueta, pero está claro que la cosa no ha sido fácil, porque me ha costado bastante investigación llegar a aclarar todos estos problemas, y además se requieren una serie de componentes poco habituales que me ha costado localizar. Espero que si alguno de los lectores de este artículo quiere poner un amperímetro en su vida, su lectura le facilite la tarea.
Antes de dar por terminado el tema, quiero añadir una postdata: Todo lo que se ha dicho corresponde a tensiones y corrientes continuas. ¿qué pasa si la fuente que queremos controlar produce un forma de onda distinta, concretamente en el caso de la corriente pulsada PWM que es la que realmente genera este controlador?
Supongamos que la tensión de salida es una función periódica, con una frecuencia por encima de unas decenas de hertzios, incluso hasta miles de herzios. En ese caso, suponiendo que la carga RL es puramente resistiva, la intensidad I1 en el circuito, que deseamos medir, adoptará una forma de onda análoga a la de la tensión. Realmente un motor como sería en este caso el de una locomotora, no es una carga resistiva, pero la forma de onda de la intensidad será también de la misma forma aunque con un cierto desfase. En definitiva la intensidad a medir será también una función periódica de la misma forma que la tensión.
Supongamos que tenemos un amperímetro analógico del tipo de aguja móvil como el de la figura 3. La fuerza que mueve la aguja es proporcional a la intensidad, y por lo tanto será una fuerza pulsante, que debería hacer que la aguja subiese y bajase al ritmo de la variación de la intensidad. Sin embargo, debido a la inercia de la propia aguja y su sistema de suspensión, la aguja no se puede mover a un ritmo tan alto, así que se estabiliza en un punto a medio camino entre lo que correspondería al valor máximo y al mínimo. La aguja se pondría en ese mismo punto con una corriente continua constante de un valor que sería el correpondiente al punto que marca la aguja.
En el artículo PWM I dibujábamos las formas de onda de una corriente PWM con varios valores de proporción entre el ancho de pulso y el periodo de la onda. En esos dibujos poníamos en verde una línea marcando la tensión continua equivalente. La intensidad correspondiente a esa tensión equivalente sería exactamente lo que marcaría el amperímetro. Adviértase que en caso del amperímetro analógico, es la inercia de la parte móvil (aguja, etc) la que estabiliza la lectura en un valor que corresponde al valor de la corriente continua equivalente.
En el caso del visualizador digital, el tema es completamente distinto. En un sistema electrónico no hay nada parecido a la inercia, así que en principio no habría nada que impidiese que el valor visualizado fuera variando en cada instante siguiendo la forma de onda de la corriente. (Para frecuencias muy altas habría que tener en cuenta efectos inductivos y capacitivos que harían dificil que se cumpliese exactamente esa variación instantánea) En todo caso, aún para frecuencias bajas, la velocidad con la que cambiaría la visualización de los valores en los displays, sería tan alta que se confundirían unas lecturas con otras en nuestros ojos y no veríamos claramente ninguno de los números*.
Así que si no hacemos nada, la visualización de los valores en el display cambiaría tan rápidamente que no se podría leer nada.
Lo que se hace en este caso, es que los circuitos que controlan estos visualizadores, presentan un determinado valor y lo mantienen un cierto tiempo invariable, hasta que presentan un nuevo valor. En las especificaciones del visualizador se dice: "Frecuencia de muestreo: 2 - 3 lecturas / segundo" Esto se refiere a esta propiedad, así que en este caso, una vez que se visualiza un valor, permanece invariable hasta que no pasan dos o tres segundos y entonces se muestra el siguiente valor.
Cabria aquí una cuestión: La palabra muestreo parece indicar que lo que se hace es leer el valor en un instante determinado, después esperar un tiempo de 2 a 3 segundos y leer el valor instantáneo en ese segundo momento. Lo que haya pasado entre ambos instantes resulta ignorado. Yo creo que lo que se hace realmente es que cada visualización presenta el valor medio entre un instante y el siguiente. Si tengo razón, en el caso de la señal PWM el valor mostrado será también el valor medio de la corriente, lo mismo que en el caso del amperímetro analógico.
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* Como una curiosidad: a semejanza de lo ocurre en el cine y el la televisión, la persistencia de imágenes en nuestra retina se utliza en los visualizadores digitales como el que estamos utilizando en nuestro amperímetro: En muchos casos en estos visualizadores, en un instante determinado sólo está iluminada una de las cifras. En una fracción de segundo esa cifra se apaga y se ilumina la siguiente y así sucesivamente, de manera que nosotros vemos encendidas todas las cifras de forma continua, pero esto es así solo por este efecto fisiológico de nuestra visión. De esta forma se necesita un único circuito para convertir un código digital en una imagen en el display. Este circuito se utiliza sucesivamente para cada cifra, lo cual es mucho más barato que poner un circuito convertidor para cad cifra.
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