Baliza de LEDs

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Tarde pero seguro, después de un tiempo de haber realizado el vídeo y el diagrama en su vídeo, estoy subiendo el diagrama y el pcb del mismo.
En este caso se trata de una baliza que parpadea 3 veces, luego espera un tiempo apagada y nuevamente comienza la secuencia.

Pulsos:       |´´´|___|´´´|___|´´´|___,___,___,___,___, 
Pin del 4017:   3   2   4   7   10  1   5   6   9   11

De esta forma podremos ver la secuencia que sera activada por cada pulso del 555 que funciona como oscilador astable.

Para comprender mejor el circuito, primero vamos a comenzar por el contador Jhonson (contador en anillo) 4017.
Este circuito integrado como lo menciono anteriormente es un contador en anillo que funciona por décadas, es decir, por cada pulso de reloj en su entrada cambiara el estado en su salida de forma secuencial, primero con la salida 1, luego del clock, con la salida 2, luego del clock, la salida 3, y asi sucesivamente hasta la ultima salida, una vez que llega a la ultima salida cuando aparece un clock volverá a la primera, por ello es contador en anillo.
Este integrado tiene múltiples aplicaciones, encontraran una muy amplia cantidad de circuitos en Internet con este versátil y económico integrado.
En este caso lo que queremos es realizar el tren de pulsos que se muestra al principio del programa.
Para ello podremos ver que utilizamos solo 3 salidas y el resto las dejaremos sin conexión, estas 3 salidas las conectaremos juntas para alimentar asi la base del transistor de potencia que controla los LEDs, pero no podemos unir las salidas el 4017 directamente, tenemos que poner en cada salida un diodo de conmutación de baja potencia para que eléctricamente no estén conectadas y no se produzca un corto circuito entre las salidas, los diodos cumplen la función de dejar pasar corriente en un solo sentido, por ello uniremos los cátodos de los diodos y el problema esta resuelto.



Este es el diagrama de bloques interno del 4017, como podremos ver tenemos las entradas de control y las salidas secuenciales.


En esta otra imagen podremos ver el tren de pulsos de salida del 4017 para cada pulso de reloj.

Por otra parte tendremos que calcular la frecuencia de oscilación del generador de clock realizado con un multibibrador astable en base al 555.
Para ello vamos a utilizar el siguiente circuito:



Los cálculos serán los siguientes:



Entonces el clock se realizara cada 54ms o 18.5Hz, esta sera la velocidad con la que cambiara cada salida en el 4017 de forma secuencial.
Como el 4017 posee 10 salidas, recorrerá las diez a 540ms o medio segundo aproximadamente.
Este tiempo se puede modificar cambiando el valor de Ra, Rb y C1, aunque lo mas sencillo seria variar C1 ya que Ra y Rb aparte de variar el tiempo también varia el ciclo de trabajo del clock, que esta seteado para que el tiempo de encendido tON sea menor que el de apagado tOFF, para que de el efecto de estroboscopio.

Una vez que tenemos el oscilador con el 555 y el secuenciador con el 4017, debemos realizar el control para los leds, recordemos que los leds empleados en este proyecto (al menos lo que he empleado yo) son de mediana potencia, a pesar de ser en encapsulado estandar de 10mm tipo water clear, son de 500mW, lo cual tendrá un consumo mas elevado que los leds de 10mm estandar.

En el circuito se ha optado por una red serie paralelo de LEDs para aprovechar al máximo la tensión y la corriente del sistema, se emplean 3 grupos de 3 series de LEDs que cada grupo estará en paralelo.
Cada led funcionara con 3.6V, al conectar los 3 en serie tendremos entre los extremos 10.8V, como el sistema funciona con 12V, debemos limitar la tension para que no se superen los 10.8V en los leds.

Utilizaremos un transistor de potencia TIP41C (podría ser otro o el que tengan, no es muy importante el modelo o marca, si es importante que sea NPN para que respete el diseño y que soporte 500mA nominal que sera la corriente de los 9 LEDs).
Este transistor lo utilizaremos en clase E, o en corte y saturación, lo cual al saturar el transistor para que los leds enciendan tendremos aproximadamente 300mV entre Colector y Emisor. 
Estos 300mV debemos sumarlos a los 10.8V de caída de los LEDs, lo que nos dará 11.1V, si tomamos en cuenta que el sistema se alimenta con 12V tendremos que poner una resistencia en serie que tenga una caída de 900mV, para ello tendremos que calcular la resistencia a utilizar:

Volviendo al transistor, debemos saber los parámetros eléctricos para poder realizar el diseño del mismo, lo primero que vamos a ver es la ganancia del mismo que se encuentra en el orden de las 55 veces.
Si la corriente total de los 9 leds sera de 409mA (ya que cada led consume 136mA), debemos realizar el calculo de la corriente de base para saturar el transistor que sera la siguiente: 

El siguiente paso sera saber que tensión nos entrega el 4017 en la salida y no debemos olvidar que tenemos un diodo 1N4148 en serie con la salida, lo que nos dará una caída de tensión en el diodo que debemos restar a la tensión que nos entrega el 4017.
La tensión de salida con el 4017 sera de 11.95V (lo sacamos del datasheet como el resto de los parámetros que estamos utilizando).
Tendremos que restar los 500mV de caída en el diodo y nos dará 11.45V.
Luego debemos calcular la resistencia de Base, la que se conecta de la salida de los 3 diodos a la base del transistor.
Para ello utilizaremos la siguiente formula:
Podríamos poner 1k5, aunque podemos también asegurar la saturación con un valor menor como 1k2 o 1k. Podríamos re-calcular la corriente de base del transistor para 1k y saber cuanto se estaría sobrecargando. 

El circuito será el siguiente:


El PCB:



El vídeo explicativo:

4 comentarios:

  1. Felicitaciones por el trabajo realizado, muy bueno, gracias por compartir.

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  2. hola buenas tardes de donde sos preciso armar las placas para montar en motos de transito vos haces ese trabajo de armar las polacas pcb

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    1. Hola se podría charlar, los PCB los mando a hacer acá en el país si son cantidad, lo mismo que los LEDs hay que ver que se consigue si es a nivel país.
      Saludos.

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