SOLDADURA CON ESTAÑO

La soldadura con estaño es  base de todas las aplicaciones electrónicas, porque permite la realización de conexiones entre conductores y los diversos componentes, obteniendo rápidamente la máxima seguridad de contacto.
Consiste en unir las partes a soldar de manera que se toquen y cubrirlas con una gota de estaño fundido que, una vez enfriada, constituirá una verdadera unión, sobre todo desde el punto de vista electrónico.
Ésta es una tarea manual delicada que sólo se consigue dominar con la práctica. Recuerde que la habilidad para soldar con efectividad determinará directamente el buen funcionamiento del montaje a lo largo del tiempo. Una soldadura mal hecha puede causar que el producto falle en algún momento.

El soldador utilizado en Electrónica

En Electrónica se suelen utilizar soldadores de potencia reducida, ya que generalmente se trata de trabajos delicados, que tienen un enorme campo de aplicación, ya sea para realizar nuevos montajes o para hacer reparaciones. El soldador debe permitir las operaciones de soldadura con estaño correspondientes a la unión de dos o más conductores, o conductores con elementos del equipo. Debido a su frecuente empleo, el soldador deberá presentar, entre otras características, una gran seguridad de funcionamiento y durabilidad.
En general, se trata de una masa de cobre (punta), que se calienta indirectamente por una resistencia eléctrica conectada a una toma de energía eléctrica (generalmente el enchufe de 110v). Los tipos que se encuentran generalmente en el mercado pueden clasificarse en soldadores comunes o "de lápiz" y soldadores de pistola.

Éste es el clásico soldador de tipo lápiz, de 30w. Su calentamiento es permanente y posee una alta inercia térmica. Tanto en el momento de la soldadura como en las pausas de esta labor, el soldador permanece conectado a la corriente eléctrica. Resulta adecuado para trabajos repetitivos y numerosos.




El soldador de la derecha es de pistola. La punta se calienta por el efecto de una gran corriente que pasa por ella (el abultado mango lleva dentro un transformador que la produce). Resulta útil para trabajos esporádicos ya que se calienta instantáneamente.
Proceso para soldar

Antes de iniciar una soldadura hay que asegurase de que:

1. La punta del soldador esté limpia. Para ello se puede usar un cepillo de alambres suaves  o mejor una esponja humedecida. Se frotará la punta suavemente con el cepillo o contra la esponja. En ningún caso se raspará la punta con una lima, tijeras o similar, ya que puede dañarse el recubrimiento de cromo que tiene la punta del soldador (el recubrimiento proporciona una mayor vida a la punta).

2. Las piezas a soldar estén totalmente limpias y a ser posible preestañadas. Para ello se utilizará un limpiametales, lija muy fina, una lima pequeña o las tijeras, dependiendo del tipo y tamaño del material que se vaya a soldar.

3.  Se está utilizando un soldador de la potencia adecuada. En Electrónica, lo mejor es usar soldadores de 15~30w., nunca superiores, pues los componentes del circuito se pueden dañar si se les aplica un calor excesivo.

4. Asegurarse de que las zonas a soldar están bien limpias, sin grasa ni suciedad. Para las placas de circuito impreso se puede utilizar una goma de borrar bolígrafo. Si se trata de hilos de cobre, se pueden raspar con unas tijeras o una cuchilla para limpiar el hilo.

5. Limpiar la punta del soldador de vez en cuando. Para ello frotaremos suavemente la punta en una esponja húmeda.

6. Acercar los elementos a unir hasta que se toquen. Si es necesario, utilizar unos alicates para sujetar bien las partes. Aplicar el soldador a las partes a soldar, de forma que se calienten ambas partes. Tener en cuenta que los alicates o pinzas absorben parte del calor del soldador. Las piezas empiezan a calentarse hasta que alcanzan la temperatura del soldador. Si la punta está limpia, esto suele tardar menos de 3 segundos. Este tiempo dependerá de si se usan alicates y de la masa de las piezas a calentar. Sin quitar el soldador, aplicar el estaño (unos pocos milímetros) a la zona de la soldadura, evitando tocar directamente la punta.
Cuando la zona a soldar es grande, se puede mover el punto de aplicación del estaño por la zona para ayudar a distribuirlo. La resina del estaño, al tocar las superficies calientes, alcanza el estado semilíquido y sale de las cavidades, distribuyéndose por la superficie de la soldadura. Esto facilita que el estaño fundido cubra las zonas a soldar.

7. Retirar el soldador, tratando de no mover las partes de la soldadura. Dejar que la soldadura se enfríe naturalmente. Esto lleva un par de segundos. El metal fundido se solidifica, quedando la soldadura finalizada, con aspecto brillante y con buena resistencia mecánica.

Como sucede con la mayoría de las cosas, a base de experimentar unas cuantas veces se conseguirá dominar este proceso, que por otro lado resultará sencillo.

DIODO LED

Los primeros ejemplares comerciales de estos dispositivos aparecieron en 1963, a un precio bastante elevado, y con un rendimiento luminoso extremadamente bajo. En la actualidad los LED se producen en millones de ejemplares y el precio es insignificante por los tipos comunes de luz roja, ámbar, amarilla, verde e infrarrojo. Los tipos especiales, como los bicolores, los de alto brillo, los "flashing leds” que incluyen en su caja estándar un IC y los de luz azul y de luz blanca cuestan algo más pero el precio es ampliamente justificado. Es suficiente pensar en los esfuerzos de investigación que ha costado desarrollar los LED de luz azul y de luz blanca; mientras el LED intermitente de 2.5 ~ 3Hz permite de prescindir de un circuito externo.

Entre los últimos desarrollos que empiezan a aparecer en el mercado están los LED de luz ultravioleta que prometen de hacer lo mismo de los tubos BLB en muchísimas aplicaciones, con la ventaja de que se pueden alimentar con pilas de pequeño tamaño, y el montaje de los LED en bases estándar de bombillos miniatura la serie PR, por ejemplo, un estándar consolidado en linternas portátiles, y Edison E-14 y E27, para remplazar directamente los tradicionales bulbos de 115 o 230 V. Todos estos tipos para alumbrado, con base, llevan su resistencia incorporada. Los tipos de LED utilizados son en su mayoría de luz blanca, de alto poder luminoso, que se puede incrementar ulteriormente poniendo en la misma base un racimo cluster más o meno grande del LED. Este tipo de alumbrado representa una importante novedad por su característica del altísimo rendimiento, o sea de bajísimo consumo que es importante en caso de alimentación con batería; la casi nula generación de calor; la inherente robustez no explota o se daña al caer como ocurre con los bombillos incandescentes y los tubos fluorescentes respectivamente y la larguísima duración, que puede llegar a las 100 mil horas, o sea más de 11 años de uso sin interrupción. Esto último particular es muy importante en el caso de instalaciones extensas y/o difícilmente alcanzables, donde el costo de la mano de obra en la sustitución de elementos dañados incide en forma sustancial. Otra ventaja no pequeña de los LED respecto a otros tipos de alumbrado es el hecho que no emiten ninguna forma de disturbio ni sónico que es típico de los balastros ni de interferencia.

La teoría
El fenómeno de la emisión de luz puede ser explicado con la teoría de la banda de energía en los semiconductores. Un voltaje externo aplicado en la junción PN para su polarización directa excita los portadores mayoritarios electrones, moviéndolos desde la banda de conducción del lado N a la banda de valencia del lado P. En el traslado los electrones cruzan la brecha de energía Eg, cediendo este potencial en forma de calor y de luz fotones. Cada material semiconductor posee diferentes características de Eg, y la longitud de onda, o sea el color de la luz emitida por el LED, depende de la magnitud de Eg. Por ejemplo, el Arseniuro de Galio, GaAs posee un Eg de 1.35V y una longitud de onda.

Consideraciones Eléctricas
Mientras los bombillos incandescentes se definen por su voltaje, los dispositivos LED dependiente de la corriente, por ser básicamente diodos. Cuando la alimentación se derive de una fuente de voltaje constante, cada LED debe ser protegido conectándolo en serie con una resistencia limitadora de corriente. Para el sencillo circuito de la figura 1, el valor de la resistencia puede ser calculado según la ecuación 1:

Circuitos Activos
En el caso de circuitos activos, como en la figura 2, donde el LED se prende cuando el transistor está “alto” (conduciendo), el valor de RL se calcula según la ecuación 2:


Operación con Corriente Alterna
Los diodos emisores de luz deben ser alimentados exclusivamente por voltaje directo DC. Por lo tanto un circuito con LED debería prever una protección contra el voltaje inverso si se anticipa que esto pueda exceder el VR voltaje inverso máximo del componente empleado.
Esta se puede lograr en dos formas muy sencillas: poniendo un diodo de señal de silicio 1N914, 1N4148 o similar en paralelo inverso; o poniendo un segundo LED en la misma configuración. Si no hay pasaje de corriente ninguno de los LED se alumbra; si la corriente fluye en una u otra dirección se alumbrara uno de los diodos, y el otro no. Los diodos LED de dos colores se fundan en este principio. Estos son en efectos dos diodos en un contenedor, permitiendo operaciones en DC o AC.

Operación en Régimen de Pulso
Una salida luminosa considerablemente mayor puede ser obtenida desde un LED ordinario alimentándolo con pulsos de corriente con nivel de amperios. Para que el dispositivo no perezca prematuramente es necesario que los picos sean de breve duración y con un bajo ciclo de servicio. Por ejemplo, la potencia total radiada por un LED infrarrojo alimentado de forma continua con una IF de 100 mA es de 2 mW. Este mismo LED irradia una potencia de 50 mW si se le pilotea con una corriente de 6 A en pulsos de 1μs, con un ciclo de servicio del 0.1%. Además de una mayor visibilidad del LED al ojo humano (en las l visibles) la operación por pulso permite ahorros energéticos importantes en equipo alimentados por baterías.

Niels Bohr



(Niels Henrick David Bohr; Copenhague, 1885 - 1962) Físico danés. Considerado como una de las figuras más deslumbrantes de la Física contemporánea y, por sus aportaciones teóricas y sus trabajos prácticos, como uno de los padres de la bomba atómica, fue galardonado en 1922 con el Premio Nobel de Física, "por su investigación acerca de la estructura de los átomos y la radiación que emana de ellos".

Cursó estudios superiores de Física en la Universidad de Copenhague, donde obtuvo el grado de doctor en 1911. Tras haberse revelado como una firme promesa en el campo de la Física Nuclear, pasó a Inglaterra para ampliar sus conocimientos en el prestigioso Cavendish Laboratory de la Universidad de Cambridge, bajo la tutela de sir Joseph John Thomson (1856-1940), químico británico distinguido con el Premio Nobel en 1906 por sus estudios acerca del paso de la electricidad a través del interior de los gases, que le habían permitido descubrir la partícula bautizada luego por Stoney (1826-1911) como electrón.

Precisamente al estudio de los electrones estaba dedicada la tesis doctoral que acababa de leer el joven Bohr en Copenhague, y que había llevado a territorio británico con la esperanza de verla traducida al inglés. Pero, comoquiera que Thomson no se mostrara entusiasmado por el trabajo del científico danés, Bohr decidió abandonar el Cavendish Laboratory y marcharse a la Universidad de Manchester, donde aprovechó las enseñanzas de otro premio Nobel, Ernest Rutherford (1871-1937), para ampliar sus saberes acerca de las radiactividad y los modelos del átomo.

A partir de entonces, entre ambos científicos se estableció una estrecha colaboración que, sostenida por firmes lazos de amistad, habría de ser tan duradera como fecunda. Rutherford había elaborado una teoría del átomo que era totalmente válida en un plano especulativo, pero que no podía sostenerse dentro de las leyes de la Física clásica. Borh, en un alarde de audacia que resultaba impredecible en su carácter tímido y retraído, se atrevió a soslayar estos problemas que obstaculizaban los progresos de Rutherford con una solución tan sencilla como arriesgada: afirmó, simplemente, que los movimientos que se daban dentro del átomo están gobernados por unas leyes ajenas a las de la Física tradicional.

En 1913, Niels Bohr alcanzó celebridad mundial dentro del ámbito de la Física al publicar una serie de ensayos en los que revelaba su particular modelo de la estructura del átomo. Tres años después, el científico danés regresó a su ciudad natal para ocupar una plaza de profesor de Física Teórica en su antigua alma mater; y, en 1920, merced al prestigio internacional que había ido adquiriendo por sus estudios y publicaciones, consiguió las subvenciones necesarias para la fundación del denominado Instituto Nórdico de Física Teórica (más tarde denominado Instituto Niels Bohr), cuya dirección asumió desde 1921 hasta la fecha de su muerte (1962). En muy poco tiempo, este Instituto se erigió, junto a las universidades alemanas de Munich y Göttingen, en uno de los tres vértices del triángulo europeo donde se estaban desarrollando las principales investigaciones sobre la Física del átomo.

En 1922, año en el que Bohr se consagró definitivamente como científico de renombre universal con la obtención del Premio Nobel, vino al mundo Aage Niels Bohr (1922), que habría de seguir los pasos de su padre y colaborar con él en varias investigaciones. Doctorado también en Física, fue, al igual que su progenitor, profesor universitario de dicha materia y director del Instituto Nórdico de Física Teórica, y recibió el Premio Nobel en 1975.

Inmerso en sus investigaciones sobre el átomo y la Mecánica cuántica, Niels Bohr enunció, en 1923, el principio de la correspondencia, al que añadió, en 1928, el principio de la complementariedad. A raíz de esta última aportación se fue constituyendo en torno a su figura la denominada "escuela de Copenhague de la Mecánica cuántica", cuyas teorías fueron combatidas ferozmente -bien es verdad que en vano- por Albert Einstein (1879-1955). A pesar de estas diferencias, sostenidas siempre en un plano teórico -pues Einstein sólo pudo oponer a las propuestas de Borh elucubraciones mentales-, el padre de la teoría de la relatividad reconoció en el físico danés a "uno de los más grandes investigadores científicos de nuestro tiempo".

En la década de los años treinta, Niels Bohr pasó largas temporadas en los Estados Unidos de América, adonde llevó las primeras noticias sobre la fisión nuclear -descubierta en Berlín, en 1938, por Otto Hahn (1879-1968) y Fritz Strassmann (1902-1980)-, que habrían de dar lugar a los trabajos de fabricación de armas nucleares de destrucción masiva. Durante cinco meses, trabajó con J. A. Wheeler en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (Nueva Jersey), y anunció, junto con su colaborador, que el plutonio habría de ser fisionable, al igual que lo era el uranio.

De regreso a Dinamarca, fue elegido presidente de la Real Academia Danesa de Ciencias (1939). Volvió a instalarse en Copenhague, en donde continuó investigando e impartiendo clases hasta que, en 1943, a raíz de la ocupación alemana, tuvo que abandonar su país natal debido a sus orígenes judíos. Su vida y la de los suyos llegaron a estar tan amenazadas que se vio forzado a embarcar a su familia en un pequeño bote de pesca y poner rumbo a Suecia. Pocos días después, Bohr se refugió en los Estados Unidos y, bajo el pseudónimo de Nicholas Baker, empezó a colaborar activamente en el denominado "Proyecto Manhattan", desarrollado en un laboratorio de Los Álamos (Nuevo México), cuyo resultado fue la fabricación de la primera bomba atómica.

Al término de la II Guerra Mundial (1939-1945), retornó a Dinamarca y volvió a ponerse al frente del Instituto Nórdico de Física Teórica. A partir de entonces, consciente de las aplicaciones devastadoras que podían tener sus investigaciones, se dedicó a convencer a sus colegas de la necesidad de usar los hallazgos de la Física nuclear con fines útiles y benéficos. Pionero en la organización de simposios y conferencias internacionales sobre el uso pacífico de la energía atómica, en 1951 publicó y divulgó por todo el mundo un manifiesto firmado por más de un centenar de científicos eminentes, en el que se afirmaba que los poderes públicos debían garantizar el empleo de la energía atómica para fines pacíficos. Por todo ello, en 1957, recibió el premio Átomos para la Paz, convocado por la Fundación Ford para favorecer las investigaciones científicas encaminadas a la mejora de la Humanidad.

Director, desde 1953, de la Organización Europea para Investigación Nuclear, Niels Henrik David Borh falleció en Copenhague durante el otoño de 1962, a los setenta y siete años de edad, después de haber dejado impresas algunas obras tan valiosas como Teoría de los espectros y constitución atómica (1922), Luz y vida (1933), Teoría atómica y descripción de la naturaleza (1934), El mecanismo de la fisión nuclear (1939) y Física atómica y conocimiento humano (1958).

Las primeras aportaciones relevantes de Bohr a la Física contemporánea tuvieron lugar en 1913, cuando, para afrontar los problemas con que había topado su maestro y amigo Rutherford, afirmó que los movimientos internos que tienen lugar en el átomo están regidos por leyes particulares, ajenas a las de la Física tradicional. Al hilo de esta afirmación, Bohr observó también que los electrones, cuando se hallan en ciertos estados estacionarios, dejan de irradiar energía.

En realidad, Rutherford había vislumbrado un átomo de hidrógeno conformado por un protón (es decir, una carga positiva central) y un partícula negativa que giraría alrededor de dicho protón de un modo semejante al desplazamiento descrito por los planetas en sus órbitas en torno al sol. Pero esta teoría contravenía las leyes de la Física tradicional, puesto que, a tenor de lo conocido hasta entonces, una carga eléctrica en movimiento tenía que irradiar energía, y, por lo tanto, el átomo no podría ser estable.

Bohr aceptó, en parte, el modelo de Rutherford, pero lo superó combinándolo con las teorías cuánticas de Max Planck (1858-1947). En los tres artículos que publicó en el Philosophical Magazine en 1913, enunció cuatro postulados: 1) Un átomo posee un determinado número de órbitas estacionarias, en las cuales los electrones no radian ni absorben energía, aunque estén en movimiento. 2) El electrón gira alrededor de su núcleo de tal forma que la fuerza centrífuga sirve para equilibrar con exactitud la atracción electrostática de las cargas opuestas. 3) El momento angular del electrón en un estado estacionario es un múltiplo de h/2p (donde h es la constante cuántica universal de Planck).

Según el cuarto postulado, cuando un electrón pasa de un estado estacionario de más energía a otro de menos (y, por ende, más cercano al núcleo), la variación de energía se emite en forma de un cuanto de radiación electromagnética (es decir, un fotón). Y, a la inversa, un electrón sólo interacciona con un fotón cuya energía le permita pasar de un estado estacionario a otro de mayor energía. Dicho de otro modo, la radiación o absorción de energía sólo tiene lugar cuando un electrón pasa de una órbita de mayor (o menor) energía a otra de menor (o mayor), que se encuentra más cercana (o alejada) respecto al núcleo. La frecuencia f de la radiación emitida o absorbida viene determinada por la relación: E1-E2=hf, donde E1 y E2 son las energías correspondientes a las órbitas de tránsito del electrón.

Merced a este último y más complejo postulado, Borh pudo explicar por qué, por ejemplo, los átomos de hidrógeno ceden distintivas longitudes de onda de luz, que aparecen en el espectro del hidrógeno como una distribución fija de líneas de luz conocida como serie de Balmer.

En un principio, esta estructura del átomo propuesta por Bohr desconcertó a la mayor parte de los científicos de todo el mundo; pero, a raíz de que su colega y maestro Rutherford le felicitara efusivamente por estos postulados, numerosos investigadores del Centro y el Norte de Europa comenzaron a interesarse por las ideas del físico danés, y algunos de ellos -como James Franck (1882-1964) y Gustav Hertz (1887-1975)- proporcionaron nuevos datos que confirmaban la validez del modelo de Bohr. Su teoría se aplicó, en efecto, al estudio del átomo de hidrógeno, aunque enseguida pudo generalizarse a otros elementos superiores, gracias a la amplitud y el desarrollo que le proporcionó el trabajo de Arnold Sommerfeld (1868-1951) -que mejoró el modelo del danés para explicar la estructura fina del espectro-. De ahí que los postulados lanzados por Bohr en 1913 puedan considerarse como las bases donde se sustenta la Física nuclear contemporánea.

Con la formulación de estos postulados, Niels Borh logró, en efecto, dar una explicación cuantitativa del espectro del hidrógeno; pero, fundamentalmente, consiguió establecer los principios de la teoría cuántica del átomo en la forma más clara y concisa posible. Pero, ante todo, su gran acierto fue señalar que estos principios eran irracionales desde el punto de vista de la mecánica clásica, y advertir que requerían una nueva limitación en el uso de los conceptos ordinarios de causalidad.

Para fijar las circunstancias en que debían concordar la mecánica clásica y las nuevas teorías de la mecánica cuántica, Borh estableció en 1923 el denominado principio de correspondencia, en virtud del cual la Mecánica cuántica debe tender hacia la teoría de la Física tradicional al ocuparse de los fenómenos macroscópicos (o, dicho de otro modo, siempre que las constantes cuánticas llegue a ser despreciables).

Sirviéndose de este principio, Bohr y sus colaboradores -entre los que se contaba el joven Werner Karl Heisenberg (1901-1976), otro futuro premio Nobel de Física- trazaron un cuadro aproximado de la estructura de los átomos que poseen numerosos electrones; y consiguieron otros logros como explicar la naturaleza de los rayos X, los fenómenos de la absorción y emisión de luz por parte de los átomos, y la variación periódica en el comportamiento químico de los elementos.

En 1925, su ayudante Heisenberg enunció el principio de indeterminación o de incertidumbre, según el cual era utópica la idea de poder alcanzar, en el campo de la microfísica, un conocimiento pleno de la realidad de la Naturaleza en sí misma o de alguna de las cosas que la componen, ya que los instrumentos empleados en la experimentación son objetos naturales sometidos a las leyes de la física tradicional.

La formulación de este luminoso principio de Heisenberg sugirió, a su vez, a Bohr un nuevo precepto: el principio de complementariedad de la Mecánica cuántica. Partiendo de la dualidad onda-partícula recientemente enunciada por el joven Louis de Broglie (1892-1987) -es decir, de la constatación de que la luz y los electrones actúan unas veces como ondas y otras como partículas-, Bohr afirmó que, en ambos casos, ni las propiedades de la luz ni las de los electrones pueden observarse simultáneamente, por más que sean complementarias entre sí y necesarias para una interpretación correcta.

En otras palabras, el principio de complementariedad expresa que no existe una separación rígida entre los objetos atómicos y los instrumentos que miden su comportamiento. Ambos son, en opinión de Bohr, complementarios: elementos de diversas categorías, incluyendo fenómenos pertenecientes a un mismo sistema atómico, pero sólo reconocibles en situaciones experimentales físicamente incompatibles.

Siguiendo este razonamiento, Bohr también consideró que eran complementarias ciertas descripciones, generalmente causales y espacio-temporales, así como a ciertas propiedades físicas como la posición y el momento precisos. En su valioso ensayo titulado Luz y vida (1933), el científico danés, dando una buena muestra de sus singulares dotes para la especulación filosófica, analizó las implicaciones humanas de este principio de complementariedad.

En la década de los años treinta, el creciente interés de todos los científicos occidentales por el estudio del interior del núcleo del átomo -con abundante experimentación al respecto- llevó a Bohr al estudio detallado de los problemas surgidos al tratar de interpretar los nuevos conocimientos adquiridos de forma tan repentina por la Física atómica. Fue así como concibió su propio modelo de núcleo, al que comparó con una gota líquida, y propuso la teoría de los fenómenos de desintegración nuclear. Con ello estaba sentando las bases de la fisión nuclear, que acabaría dando lugar al más poderoso instrumento de exterminio concebido hasta entonces por el ser humano: la bomba atómica.

Bohr no llegó, empero, en primer lugar al hallazgo de la fisión nuclear, conseguida por vez primera -como ya se ha indicado más arriba- por Otto Hahn y Fritz Strassmann, en el Berlín de 1938. El 15 de enero de 1939 llevó las primeras nuevas de este logro científico a los Estados Unidos de América, en donde demostró que el isótopo 235 del uranio es el responsable de la mayor parte de las fisiones. Durante este fructífero período de colaboración, en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (Nueva Jersey), con J. A. Wheeler, esbozó una nueva teoría del mecanismo de fisión, según la cual el elemento 94 -es decir, el plutonio, que no habría de ser obtenido hasta un año después por Glenn Theodore Seaborg (1912-1999)-, tendría, el proceso de fisión nuclear, idéntico comportamiento al observado en el U-235.

ROBÓTICA BEAM

Amediados de los noventa Mark Tilden, originario de Inglaterra y radicado en Canadá estableció los fundamentos de la robótica BEAM, esto como resultado de la dificultad para prever todas las posibilidades para que uno de sus pequeños robots limpiadores pudiesen evitar obstáculos, y decidió suplir esa necesidad de gran procesamiento de datos por un puñado de elementos discretos que podían realizar las mismas funciones de una manera mas eficiente.
Cuando en sus primeros diseños decide incluir una fuente propia de alimentación a base de celdas fotovoltaicas, se dio cuenta de que su funcionamiento dependía de las condiciones de iluminación y  que al parecer su comportamiento estaba condicionado a los factores cambiantes en el consumo de corriente y la energía disponible, lo que afectaba a los sencillos circuitos basados en transistores cuyo funcionamiento variaba en su operación como si se “adaptara” al medio, a su vez al mezclar varios robots de este tipo algunos tendían a dominar territorios mejor iluminados, con lo cual parecía que su constitución tan sencilla les dotaba de la misma funcionalidad de un ser vivo sencillo, tal como las hormigas y otros insectos.

Por la razón anterior se considera que este tipo de robots se fundamenta en la teoría del caos. Como consecuencia, el mismo Mark Tilden diseñó y patentó circuitos elementales y sus ya famosas “redes neuronales” en los cuales se fundamenta gran parte de los diseños de los robots BEAM.

BEAM es el acrónimo de Biology (Biología), en la cual se fundamentan los diseños tomando como base a los seres vivos y la naturaleza, Electronics (Electrónica) con la cual se crean sus pequeños cerebros, principalmente a base de transistores, Aesthetics (Estética) al ser sencillos, es posible darles un aspecto más agradable. Y finalmente Mechanics (Mecánica) que es tan importante como su cerebro, la cual le da la funcionalidad necesaria para moverse, ya sea que caminen o brinquen.

En un diseño sencillo  donde los componentes sean la plataforma de ensamble y que formen parte del cuerpo, su cerebro  un Multivibrador biestable con transistores, y si le agregamos un elemento de disparo para que cambie su estado y así tengamos la respuesta a un estímulo digamos la luz solar, entonces ya tendremos un cerebro funcional semejante a una  neurona.

Como cerebro nos apoyaremos en el diseño de Mark Tilden al cual le he hecho solo una simple modificación para armarlo con componentes que tenemos en nuestro banco de trabajo, de esta manera no gastaremos gran cosa y en unos minutos estará armado.
Los componentes los encontramos en cualquier tienda electronica y son baratos, el diagrama de circuito se muestra en la figura 1.

FUNCIONAMIENTO


Al exponer el circuito a la luz solar la celda fotovoltaica comienza a cargar el capacitor C1, mientras tanto T1 y T2 permanecen en corte, la celda fotovoltaica no tiene la capacidad de corriente para poner en funcionamiento al motor, por lo que el circuito se comporta de una forma similar a una compuerta de disparo, esto quiere decir que cuando el capacitor tenga el suficiente nivel de carga, el voltaje a través de M y R provocará que el voltaje en la base de T2 se incremente.
Dicho incremento debe superar el umbral determinado por la suma de voltajes de umbral de los diodos el cual es aproximadamente 0.6 V X 3 = 1.8 Volts. Cuando el umbral sea superado, entonces los diodos entrarán en conducción provocando una corriente de base T2 que lo llevará a saturación por un breve lapso de tiempo, a su vez la corriente de colector de T2 será enviada a la base de T1 provocando a su vez que éste sature y el motorentre en funcionamiento y la duración dependerá de la capacidad del capacitor.
Cuando el capacitor se descargue T1 y T2 se van a corte hasta que el ciclo se repita y de nuevo se cargue C1. Si observamos el ciclo de encendido y apagado se incrementa en presencia de mayor luz solar, y al estar en lugar sombreado el circuito no funciona o podemos decir que está en “reposo”.

En la figura 2, un ejemplo de un robot BEAM.


TDA2003

Este amplificador es ideal para el laboratorio personal, ya que lo podemos utilizar para proyectos.
Con sólo un circuito integrado como elemento activo y una fuente simple que puede ser de 8V hasta 18V, este circuito es capaz de proporcionar hasta 10W de potencia sobre una carga que puede estar comprendida  entre 2 y 8 ohmios.

Materiales
IC TDA 2003
C1 10 uf 25v
C2 470 uf 25v
C3 100 nf (104)
C4 1000 uf 25v
C5 100 nf (104)
C6 100 uf 25v
Cx 39 nf (39)
R1 220 ohm 1/2 watt
R2 2,2 ohm 1/2 watt
R3 1 ohm 1 watt
Rx 39 ohm 1/2 watt
Parlante de 4 a 8 ohmios a 15 watt
Fuente de voltage entre 8v a 18v 3 amperios 

Esta es la máscara negativa del circuito impreso.


Como es lógico el circuito integrado debe ser colocado con un adecuado disipador de calor para evitar daños a sus componentes internos por sobre temperatura en la cápsula. A maxima potencia el circuito necesita 2,5 amperios para trabajar correctamente



Los 10W se obtienen en el punto óptimo de trabajo con una fuente de 12V 2,5A y una carga de 4 ohmios. La entrada debe ser de al menos de 1Vpp para lograr este rendimiento.

Ejemplo de circuito montado.



Video de ensayo en el protoboard.


AMPLIFICADOR 20W ESTÉREO

Este amplificador proporciona dos canales de potencia de hasta 20 vatios reales a partir de dos entradas de línea.


En el plano se observa sólo una de las etapas del sistema, dado que en todo circuito estéreo ambos canales son exactamente iguales. Los números entre paréntesis representa el equivalente del terminal para el segundo canal. El corazón de este proyecto es un circuito de la firma National Semiconductors, el LM1876, el cual dispone en su pastilla de dos amplificadores operacionales de potencia con funciones de mute (silenciar) y stand-by (desconectar), las cuales no hemos implementado en este diseño para simplificarlo al máximo. La señal entrante, luego de ser acondicionada y nivelada, ingresa al amplificador por su entrada no inversora. A la salida de éste parte de la señal resultante es reinsertada al amplificador por su terminal inversora para formar la red de realimentación. Dado que el circuito está internamente balanceado cuando trabaja con fuente partida no es necesario instalar el capacitor de BootStrap en la salida.

Modulo armado.


Circuito integrado montado.


ALIMENTACION:
Este sistema requiere para funcionar una tensión de +/-28 voltios y una corriente de 2 amperios.
Para obtenerlos se puede emplear la clásica fuente con transformador, puente de diodos y capacitores.


En este caso el transformador debe tener un primario acorde a la tensión de red (220v para el ejemplo) y un secundario con punto medio de 20v por cada ramal (40v de extremo a extremo). Los diodos deben ser de 100v / 3A del tipo 1N5406 o similar. También puede utilizarse un puente rectificador, que facilita la tarea y reduce la cantidad de pistas/espacio. Los capacitores de filtrado son de 4700µF x 50v.

Fuente de alimentación.


DISIPADOR DE CALOR:
Pieza clave en todo sistema de audio, el disipador que en esta oportunidad usamos es un simple cooler de computación para Pentium III. Utilizamos ese modelo dado que dispone de una superficie metálica mayor que los tradicionales. Para alimentar el ventilador vasta con tomar la fase positiva de la fuente y bajar su tensión con un regulador 7812 disipado individualmente.

PCB DEL CIRCUITO:


En la imagen se observa un PCB del circuito estéreo, esta es similar a la de las fotografías pero tiene algunas diferencias. Se debe tener en cuenta que el integrado cuenta con funciones de mute y stand-by estas son usadas para silenciar el circuito y economizar energía, si al momento de montar el circuito este no funciona emitiendo audio, debemos conectar estos pines a un voltaje máximo de 0,8 voltios o mejor ponerlos a 0 voltios  GND.

IMAGEN DEL CIRCUITO Y SUS PINES:


DISEÑO DE ALARMA


Diseñar un circuito lógico que active una sirena aplicado a un sistema de riego.

El sistema de riego de la figura requiere de un diseño lógico que permita activar una alarma,  para una combinación particular del estado de las llaves A, B y C y que haya la posibilidad de que el sistema se quede sin agua.

La convención a usar para indicar que una compuerta está abierta y que la alarma está activada es la siguiente:
Alarma = 1; Alarma activada.
Alarma = 0; Alarma apagada.
A = 1; Compuertas A abierta.
A = 0; Compuertas A cerrada
Igual para las compuertas B y C.


El proceso de diseño debe contar con las siguientes etapas:

1. Descripción analítica del problema a resolver, declaración de variables, definición de la dimensión de la tabla de verdad.
Se tienen tres llaves A, B y C, en un sistema de regadío, las que al abrir suministran liquido, para tal caso su valor lógico es 1, cuando las llaves están cerradas su valor lógico es 0, y por tanto no hay suministro de liquido.
Como se cuentan con tres llaves se originan 8 combinaciones posibles, donde cualquiera de ellas puede tomar los valores abierto o cerrado. Lo que no se desea es que las llaves A y B se encuentren cerradas al tiempo, porque el sistema se queda sin agua, para tal caso se debe activar una alarma que corresponde a la variable de salida F.
La llave C esta montada en el sistema como llave de paso y no de salida pero el valor que tome afecta también a la salida F.

 2. Tabla de verdad con los posibles estados de las compuertas.
3. Función lógica expresada en forma normal conjuntiva.

La forma normal conjuntiva esta en relación con los ceros.

F=(A+B´+C) (A+B´+C´) (A´+B+C´) (A´+B´+C) (A´+B´+C´)

4. Circuito lógico derivado de la forma normal conjuntiva.

5. Función lógica expresada en forma normal disyuntiva.
La forma normal disyuntiva está formada por los unos de la salida.

F=A´B´C´+A´B´C+AB´C´

6. Circuito lógico derivado de la forma normal disyuntiva.
7. Función lógica simplificada a partir de la forma normal disyuntiva.

F=A´B´C´+A´B´C+AB´C´

F= (A´B´C´+A´B´C) + (A´B´C´+AB´C´)

F=A´B´ (C´+C) + B´C´ (A´+A)

F=A´B´ (1) + B´C´ (1)

F=A´B´+B´C´

8. Función lógica simplificada usando mapas de Karnaugh.
F=A´B´+B´C´

9. Circuito lógico derivado de la simplificación con mapa de Karnaugh.
Diseño elavorado por Carlos Alberto Goyeneche Alfonso.