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Alarma de Aproximación (ART093S)

Las cargas estáticas de su cuerpo, por menores que sean, pueden ser detectadas a distancia por esta sensible alarme. La simple aproximación de su mano o de un cuerpo cargado es suficiente para disparada con la emisión de un fuerte sonido por el parlante. El circuito está alimentado totalmente por pilas, y sirve pues como interesante detector portátil.

El corazón del circuito es un sensible transistor de efecto de campo, cuya corriente principal puede ser afectada por la carga estática de cuerpos próximos.

Este transistor acciona como un amplificador operacional que dispara un oscilador de audio.

Son diversas las posibilidades prácticas de uso para este circuito, como por ejemplo en demostraciones, como alarma para objetos de arte o incluso en alarmas hogareñas, con pequeñas modificaciones.

En verdad, la idea básica puede servir como punto de partida para muchos otros proyectos. Todo depende de la imaginación y la capacidad del montador.

 

Cómo funciona

Como ya destacamos, el funcionamiento de este sistema está centralizado en un transistor de efecto de campo. En la figura 1 tenemos la estructura simplificada en corte de este componente.

 

Figura 1
Figura 1

 

Como podemos ver, existe un trozo de material semiconductor principal en que se conectan los terminales de fuente (source = s) y drenaje (drain = d).

La corriente debe fluir normalmente de la fuente hacia el drenaje a no ser por la acción de un tercer elemento que es la compuerta (gate = g).

Con la compuerta despolarizada, la corriente puede fluir pasando por un "estrechamiento" o canal.

El ancho del canal puede ser modificado por la aplicación de tensiones en la compuerta.

Podemos entonces, "ensanchar" o "estrechar" el canal dejando pasar más o menos corriente por el canal, lo que nos lleva a un dispositivo con capacidad de amplificación.

Vea que ninguna corriente circula por la compuerta porque la resistencia entre este elemento y el canal es extremadamente elevada. La compuerta está prácticamente aislada del canal, lo que diferencia completamente a este dispositivo de los transistores comunes bipolares.

Así, mientras que en un transistor común es la corriente de base la que controla la corriente entre colector y emisor, en este componente es la tensión de compuerta la que controla la corriente entre drenaje y fuente.

Esa diferencia hace que tengamos un dispositivo de elevadísima impedancia de entrada y, por lo tanto, capaz de percibir mínimas cargas estáticas.

En verdad, el dispositivo es extremadamente sensible al punto de romper el aislamiento entre la compuerta y el sustrato, si una tensión muy alta aparece en ese punto.

En nuestro circuito lo que hacemos es conectar una "antena" o placa sensora a la compuerta, de modo que la corriente entre el drenaje y la fuente pueda ser controlada por la presencia de cargas estáticas próximas.

Si una persona, que contiene siempre algunas cargas acumuladas, se acerca al sensor, ocurre la inducción de una pequeña tensión eléctrica que es suficiente para alterar la corriente controlada. El resultado es que esta tensión puede ser fuertemente amplificada por el operacional, y con esto poner en funcionamiento un simple oscilador de audio.

Una modificación de este circuito seria cambiar el oscilador por una etapa amplificadora con relé

Vea en el circuito que el sistema opera como un disparador, en que sólo tenemos la tensión que acciona el oscilador cuando la misma sobrepasa el valor del diodo zener, típicamente de 2,7 volt.

El ajuste de P1 permite llevar el circuito a su máxima sensibilidad en función de las cargas ambientales. La frecuencia del sonido emitido depende básicamente de R6 y de C2, que pueden ser alterados en una amplia gama de valores.

 

Montaje

En la figura 2 tenemos el diagrama esquemático del aparato.

 

Figura 2
Figura 2

 

En la figura 3 tenemos una sugerencia de placa de circuito impreso para este montaje.

 

 

Figura 3
Figura 3

 

El transistor de efecto de campo recomendado es el MPF102, pero se puede experimentar con equivalentes .Cuidado al manipular este componente, pues una carga estática mayor en su cuerpo puede dañarlo.

El integrado es el 741, y le recomendamos el uso de zócalo.

El zener de 2,7 V no es crítico, y en algunos montajes se puede experimentar uno de 3V3 o incluso 3V9.

Los resistores son todos de 1/8 o l/4W y los capacitores son cerámicos o de poliéster excepto C3 que es un electrolítico para 12 V ó más.

El capacitor C1 es optativo, pudiendo usárselo si hubiera tendencia al disparo errático.

El sensor es una pequeña placa de metal de no más de 5 x 5cm. ya que dimensiones mayores pueden afectar la sensibilidad del aparato.

El alambre de conexión al sensor debe ser bien corto. Si es largo, se debe usar cable blindado.

 

Prueba y uso

Una idea interesante para obtener mayor directividad, y así tener una especie de "radar" electrostático, aparece en la figura 4.

 

Figura 4
Figura 4

 

La pantalla de metal es una tela de alambre que debe ser puesta a tierra o conectada al negativo de la fuente de alimentación.

El ajuste de la sensibilidad se hace en el trimpot P1.

Para experimentar el aparato, frote un peine o lapicera contra un trozo de lana o seda y ajuste P1 para que se produzca el disparo de la alarma al acercar el peine.

Alejando el peine o lapicera la alarma debe dejar de tocar.

Para activar con la mano, en caso de no haber sensibilidad por motivos de humedad ambiente, frote los zapatos contra una alfombra y aproxime las manos al sensor, y entonces debe haber disparo.

 

CI1 - 741 - amplificador operacional

Q1 - MPF102 ó equivalente - transistor de efecto de campo

Q2 - BC548 ó equivalente - transistor NPN de uso general

Q3 - BC558 ó equivalente - transistor PNP de uso general

Z1 - 2V7 x 400 mW - diodo zener

P1 - 100 k - trimpot

PTE - parlante de 8 ohm

S1 - interruptor simple

R1 - 3k9 - resistor (naranja, blanco, rojo)

R2, R3 - 47 k - resistores (amarillo, violeta, naranja)

R4 - 180 Ω - resistor (marrón, gris, marrón)

R5 - 47 k - resistor (amarillo, violeta, naranja)

R6 - 1k - resistor (marrón, negro, rojo)

C1 - 1 pF - capacitor cerámico - ver texto

C2 - 47 nF - capacitor cerámico

C3 - 100 nF - capacitor electrolítico

Varios: placa de circuito impresso, sensor, alambres, soporte para 4 pilas, caja para montaje, etc.

ART093 - 1989

 

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