martes, 31 de enero de 2012

COMO ENCENDER UN DIODO LED.

PARA REPASAR: Ley de Ohm. Conceptos básicos de un diodo.


No hace demasiado tiempo he editado una entrada de electrónica para niños y como hacer un educativo juguete. Por sencillez he usado, en aquel montaje, una bombilla. Ahora se me ha ocurrido, que usando un led consumiría menos, y es una buena forma de aprender a polarizar un diodo led. Sustituiremos pues, la bombilla por un diodo led y una resistencia para limitar la corriente que pasa por este led y no quemarlo.

La pila que usaré seguirá siendo la de 4.5V. El led uno corriente cualquiera. Y tenemos que calcular la resistencia.
Somos conscientes de que el diodo solo permite que la corriente circule, y por lo tanto alumbre, en  una posición. Para colocarlo correctamente con este propósito, el led debe estar polarizado directamente. El positivo de la pila asociado al ánodo   y el negativo al cátodo.


Una primera aproximación de como funciona un diodo sería pensar en un interruptor. Si colocamos el diodo en un sentido pasa la corriente (circuito cerrado) y si lo colocamos en el contrario no pasa (circuito abierto). Pero para este caso tendremos que pensar en  una segunda aproximación. Tendremos en cuenta que el diodo al conducir en polarización directa (haciendo de interruptor cerrado y alumbrando) tiene una caída de tensión más o menos fija. Si fuese un diodo de silicio corriente esta "barrera de potencial" a partir de la cual el diodo funciona como interruptor cerrado es de 0.7V. En uno de germanio sería aproximadamente de 0.3V. Pero el caso de los diodos led tendremos en cuenta lo siguiente: la barrera de potencial varía según el dopado del cristal que se use para conseguir diferentes colores. Desde 1v más o menos para diodos de infrarrojos, 1.5v para rojos, 1.6v para amarillos, 2.7 para verdes, y hasta unos 3v en diodos azules.
El diodo que  he encontrado usado por el taller es verde. Suponemos pues, una barrera de potencial a superar de 2.7V. Y la intensidad que circulará será entre 10 y 40mA. Vamos a hacer los cálculos pensando en 15mA. Si es suficiente para que alumbre, mejor que no consuma demasiada corriente. Así aumentaremos la duración de la batería.

La intensidad que pasará por el diodo es igual que la que pase por la resistencia, puesto que están en serie. La caída de tensión en la resistencia será, la de la pila, menos, la que caiga en el diodo (hemos quedado en trabajar con una aproximación de 2.7v).
Vrersistencia = Vpila - Vled = 4.5 - 2.7 =1.8v
R= Vresistencia / Iresistencia = 1.8 / 0.015 = 120ohmios

Y la potencia que tendrá que disipar la resistencia también se deriva de la ley de Ohm: W=V*I
PotenciaResistencia (W)=Vresistencia * Iresistencia = 1.8 * 0.015 = 0.027 w

Una resistencia pequeña, que disipe hasta de 1/4 de watio (0.250w), nos sobra con margen suficiente.

Veremos que encontramos por el taller:
La resistencia de 120 ohmios.
Un diodo led verde usado al que le sueldo unos cablecitos.
Y la pila de petaca de 4,5

Montamos y medimos a ver si la teoría se parece a la práctica. Tensión del diodo la supusimos de 2.7v y da 2.5v. La intensidad supusimos 15mA y da 16.5mA. Todo funciona y nada se calienta. Probamos con una fuente y conseguimos que el diodo alumbre hasta unos 2 voltios de alimentación. Creo que cumple las espectativas y no hemos quemado nada.


Perfecto para usar con nuestro juguete descrito en otra entrada anterior: Así aumentaremos la duración de la pila respecto a la bombilla.



domingo, 22 de enero de 2012

ELECTRÓNICA PARA NIÑOS O PRINCIPIANTES: Juguete que señala la respuesta correcta

PARA REPASAR: Esto se trata de una primera aproximación a la electricidad. No creo que se necesite repasar. Si acaso la estructura elemental del átomo.


Esto es un sencillo juguete, con el que yo recuerdo haberme divertido de pequeño. Recuerdo que tenía un mapa, y con él aprendí las ciudades de mi país. Recuerdo también descubrir como funcionaba con un libro que ahora debe de ser casi imposible conseguir: "Electrónica recreativa",de Gabriel Reuben. De donde partió la idea original y me animó con diez años a destripar mi mapa y discurrir mi versión.



Como lo haremos con una pila, no entraña riesgo alguno y es ideal para que un niño o principiante entienda como funciona un circuito eléctrico elemental, la diferencia entre circuito cerrado y abierto, y materiales aislantes y conductores. 
El esquema del conexionado no tiene complicación. Se trata de encender una bombilla con una pila.



La electricidad consiste en el desplazamiento de los electrones de unos átomos a otros.
Hay materiales, como los metales, que por su estructura atómica, tienen algunos de sus electrones medio sueltos y se mueven fácilmente. Se dice que son "materiales buenos conductores de la electricidad". Otros, tienen todos sus electrones bien sujetos a cada átomo y es difícil conseguir que se muevan de unos átomos a otros. Éstos son "materiales malos conductores de la electricidad".
La pila es un generador de corriente eléctrica. Por medio de reacciones químicas consigue una "tensión" o "diferencia de potencial eléctrico" (voltaje). Algo similar a cuando levantas un peso del suelo o tensas una goma. Esta "tensión" es capaz de repeler electrones (que tienen carga negativa) con el polo negativo y atraerlos por el positivo. También se trata de algo similar a lo que ocurre con los polos norte y sur de un imán. Polos iguales se repelen y distintos se atraen.
Moverse por el filamento de la bombilla, a los electrones les "cuesta" más, y como si rozasen, calientan a éste hasta dar luz. No se quema, porque el interior de la bombilla está vacío de aire y oxigeno, y sin oxigeno las cosas no arden.
Sólo necesitamos, con un cable conductor (de cobre por ejemplo), unir los polos de la pila intercalando la bombilla en el medio.
El "circuito está cerrado". Los electrones salen y regresan a la pila. Y la bombilla alumbra.
Si cortamos el conductor, el "circuito está abierto". Los electrones no pueden "circular" y la bombilla estará apagada.Esto es lo que hace un interruptor para apagar la luz: "abrir el circuito".


Por el momento, vamos a montar este circuito. Necesitaremos pila, bombilla, portalámparas y cable. Yo usaré una pila de petaca de 4,5v porque me parece cómoda para conectar los cables. Es fácil enroscarlos con los dedos sobre los bornes, si trabajamos con cables de varios hilillos. La bombilla debería ser del mismo voltaje que la pila o un poco más. Si es de menos alumbrará demasiado y corremos es riesgo de que se queme. Si es de un poco más alumbrará menos, pero no le pasará nada. Te puedes encontrar con diferentes tipos de portalámparas. No hay mayor problema siempre que tengas claro cuales son los dos terminales de una bombilla, y como se conectan éstos en el portalámparas. Uno de los terminales del filamento siempre está conectado a la rosca de la bombilla. Y el otro terminal , a la gotita de plomo o estaño que tiene en el culo. Si miramos el portalámparas por el interior podremos deducir en donde se conecta la rosca y en donde el culo. En el modelo de portalámparas que yo usaré hay que tener cuidado de que el cable que va al tornillo no toque a las aletas metálicas que se unen a la rosca.


Colocar el cable en el tornillo y que no se suelte cuando se aprieta la rosca puede tener su dificultad si no se es hábil manualmente.

Comento un truco:

Pelar el extremo del cable con bastante exceso.
Dividir el grupo de cablecitos en dos partes más o menos iguales.
Trenzar cada parte por separado.
Con estas dos trenzas empezamos a trenzarlas a su vez, envolviendo el tornillo.
Nos quedará el agujero, a modo de arandela de conexión.
Solo debemos cortar el hilo sobrante.
Y apretar la tuerca.


El conectar los demás extremos no tiene mayor dificultad, ni es crítico como este tornillo central. Un cable flojo o mal conectado puede tocar en el resto del chasis y cortocircuitar los extremos de la bombilla. Aquí, trabajando con una pila, no pasará nada más grave que descargar la pila. Pero con tensión elevada, como la de la red eléctrica, podría ser más peligroso y quemar la instalación o hacer saltar los fusibles o protecciones.

Finalmente conseguimos tener la bombilla alumbrando.
Ahora si cortamos el cable y abrimos el circuito la bombilla dejará de alumbrar. Si unimos los extremos del cable cortado con un material aislante como una hoja de cartulina, o cinta aislante, la bombilla seguirá apagada. Pero si usamos un material conductor de la corriente, como el papel de aluminio, la bombilla alumbrará.


Hasta aquí, el aprendizaje. Ahora viene lo divertido:

Yo haré el juego imprimiendo un mapa con los cinco continentes con mi impresora en una cartulina, pero cada persona puede tener múltiples ideas o intereses.
Además del mapa, en los extremos escribiré el nombre de cada continente. Haré un agujero junto al nombre y otro en el continente en cuestión. Si uno un agujero de nombre correcto con un agujero de mapa correcto, usando papel de aluminio, que es conductor; cuando una estos agujeros con los cables cerraré el circuito y la bombilla alumbrará indicando que la asociación es correcta. Si uno dos agujeros que no están asociados con papel de aluminio, el circuito permanecerá abierto y la bombilla no alumbrará indicando un error. La idea es simple pero podemos llegar a hacer un juego bastante complicado. Por el revés de la cartulina, tendremos que tener en cuenta, que las diferentes tiras de papel de aluminio no deben tocarse para que no se "mezclen" los diferentes circuitos. Esto lo evitaremos con cinta aislante sobre el cruce de papeles que no queremos que se toquen. La parte trasera la cubrimos con más cartulina y ya tenemos un "cartón de juego", práctico, educativo y divertido.


Para alguien un pelín más avanzado puede ser interesante usar un diodo en vez de la bombilla.