Un instrumento económico que utiliza como indicadores dos LEDs, puede medir con precisión aceptable resistencias en el rango de los 100 ohms hasta más de 1 M ohms. El único componente activo de este proyecto es un amplificador operacional de bajo costo. Si usted todavía no tiene un multímetro o desea montar un instrumento adicional para medida de resistencias, aquí está un proyecto que le puede interesar.
Lo que describimos es, en realidad, un económico puente de medida de resistencias que utiliza un amplificador operacional como comparador de tensión.
Dependiendo de los componentes conectados al puente, y que pueden ser seleccionados por una llave conmutadora, podemos leer resistencias en el rango de 100 ohms hasta 1 M ohms o más.
La alimentación del circuito se realiza con tensión de 9 o 12 volts.
Es económico por el uso de un par de indicadores LED en lugar del costoso galvanómetro de los instrumentos de medida convencionales.
Como se trata de un instrumento muy simple y de bajo costo, recomendamos su montaje a los estudiantes e iniciantes que desean tener un medio seguro de medir resistencias en el rango de valores indicado.
El proyecto también tiene una finalidad didáctica, pues puede ser considerado una aplicación inmediata para los amplificadores operacionales usados como comparadores de tensión.
Sus características son:
Tensión de alimentación: 9 a 12 V CC
Consumo de corriente: 30 mA (tip)
Rango de resistencias medidas: 100 ohms, 1k ohms 10 k ohms, 100 k ohms y 1M ohms.
COMO FUNCIONA
Un amplificador operacional 741 se conecta como comparador de tensión.
En esta configuración tenemos en su salida dos LEDs que están conectados en oposición y un divisor de tensión que nos permite obtener la mitad de la tensión de alimentación (dos resistores de 1k ohms).
Así, tenemos las siguientes posibilidades en relación a las tensiones aplicadas a las entradas.
Si la tensión aplicada a la entrada inversora (pin 2) es igual a la tensión aplicada a la entrada no inversora (pin 3), la salida del amplificador operativo será la mitad de la tensión de alimentación o 0 V de la referencia.
En estas condiciones, ninguno de los LED se enciende y tenemos la condición de equilibrio del circuito.
Si la tensión de la entrada no inversora (+) es mayor que la de la entrada inversora (~) entonces la tensión de la salida se aproximará a la tensión positiva de alimentación.
En estas condiciones, el LED común, con el ánodo en la salida del amplificador operacional y el cátodo en el divisor (LED 2), se encender, quedando el otro apagado.
Podemos entonces hacer un interesante puente en las entradas para permitir la medida de resistencias: a través de una llave seleccionamos un resistor de 10 k ohms o 100 k ohms que en conjunto con un resistor de 10 k ohms determinará una tensión de referencia de la mitad o 0,099 de la, voltaje.
De esta forma, con el resistor desconocido (Rx) y el potenciómetro P1 hacemos un segundo divisor, cuya finalidad es proporcionar la misma tensión de referencia.
Calibrando el potenciómetro apropiadamente podemos leer directamente en su escala la resistencia que está siendo medida.
Un ejemplo: colocando la llave para que tengamos dos resistores de 10 k ohms conectados a la entrada de referencia, para tener equilibrio en el comparador es necesario que Rx y el potenciómetro P1 tengan la misma relación de valores, o sea, tengan el mismo valor.
Así, si Rx es de 100 k ohms, el potenciómetro equilibrará el circuito apagando los dos LED cuando esté con 1/10 de su giro, o sea, presentar también una resistencia de 100 k ohms.
Si la llave está en la posición en la que el resistor de 100 k ohms y el de 10 k ohms forman el divisor, la proporción de P1 y Rx que resulta en el equilibrio del comparador será de 10 a 1.
Esto quiere decir que, con una resistencia Rx de 10 k ohms, el potenciómetro lo equilibrará cuando presente 100 k ohms.
Con la utilización de cálculos proporcionales simples, podemos dividir fácilmente la escala del potenciómetro como se muestra en la figura 1.
También tenemos la posibilidad de utilizar una clave de más posiciones ampliando así el alcance del instrumento.
Con un resistor adicional de 1 k ohms en el divisor de referencia tenemos el alcance ampliado a 1 M ohms, y con un resistor de 1 ohmio tenemos una escala de bajas resistencias con fondo de 1 k ohms.
La alimentación de este circuito no necesita ser simétrica.
Observamos que la definición exacta del punto de apagado de los LED depende de la ganancia del amplificador operacional.
Si la ganancia es baja, lo que se consigue con fuerte retroalimentación negativa, la transición será lenta y la definición del punto será baja.
Si bien es muy alto, la configuración será buena, pero será difícil ajustar el punto exacto en que ocurre la transición de un LED a otro encendido (figura 2).
Conseguimos experimentalmente uno con ganancia con 1 M para buena definición, pero usted puede cambiar la resistencia si así lo desea.
Este resistor y el que va conectado del pin 6 de salida a la entrada inversora, pin 2.
MONTAJE
El diagrama completo del instrumento y mostrado en la figura 3.
La disposición de los componentes en una placa de circuito impreso y mostrada en la figura 4.
Este es un montaje hecho en placa universal, que sirve también como disposición para matriz de contactos, si el proyecto tiene finalidad didáctica.
En este circuito, hay algunos componentes importantes para la precisión de las medidas.
Si usted puede utilizar resistores del 1% para R1, R2 y R3 esta será la precisión del aparato.
Sin embargo, existe un medio más económico de obtener una buena precisión, utilizando resistores comunes de 10 o 20% de tolerancia.
Tome un lote de resistencias de 10 k ohms y encuentre un par que tenga el mismo valor medido en un multímetro común de buena precisión, por ejemplo, dos resistores que tengan el mismo desvío del valor original: 9,5 k ohms.
Después, en un lote de resistencias de 100 k ohms encontrar uno que también tenga el mismo desvío, o sea, 95 k ohms.
De esta forma la precisión del divisor será mantenida, y tendremos lecturas muy próximas a la ideal con nuestro instrumento.
El potenciómetro P1 debe ser lineal, y la escala puede ser hecha conforme a la indicada en la figura 1.
Los resistores son todos para 1/8 W y el capacitor electrolítico tiene tensión de trabajo de 16 V.
Los LED son rojos comunes y el operario 741 debe montarse en un zócalo DlL si desea protegerlo o facilitar su cambio.
Para la alimentación hay varias posibilidades.
Una de ellas consiste en el uso de una batería de 9 V. Como el consumo de corriente es relativamente bajo y el uso del instrumento es intermitente, esta fuente de energía tendrá buena durabilidad.
Otra posibilidad consiste en el uso de 8 pilas pequeñas, montadas en dos soportes de 4 y conectados en serie.
Si bien tiene mayor durabilidad, esta fuente de energía no permite un montaje tan compacto.
Finalmente tenemos la posibilidad de utilizar una fuente simple, que se muestra en la figura 5.
Como la precisión del aparato no depende de la tensión de alimentación, la fuente no necesita estabilizarse.
El transformador tiene un primario de 110 V o 220 V, según la red local y secundaria de 7,5 + 7,5 V o 9 + 9 V con corriente entre 50 y 250 mA.
PRUEBA Y USO
Sólo tienes que conectar el aparato después de colocar las pilas en el soporte o activar la fuente.
Uno de los LED debe encenderse, estando las puntas de prueba separadas.
Conecte un resistor de valor conocido a las puntas (para facilitar esta operación usted puede sostener las garras cocodrilo a las puntas, como muestra la figura 6).
La llave S2 debe colocarse en la posición que permite la lectura de esta resistencia.
Girando lentamente P1 debe ocurrir en determinado instante el apagado de un LED y encendido del otro.
Ajuste con mucho cuidado en este punto el potenciómetro para que los dos LEDs queden apagados.
Tendremos entonces en la escala del potenciómetro el valor del resistor medido.
La precisión también dependerá de la escala del potenciómetro y de su tolerancia.
Comprobado el funcionamiento del instrumento es sólo usarlo.
Obs .: colocando P1 en una posición de resistencia en torno a 100 k ohms el instrumento puede ser usado como sensible indicador de continuidad: las resistencias menores que 100 k ohms harán que un LED encienda, y las mayores mantendrán el otro encendido, ya que al conectar el aparato tendremos una resistencia infinita entre las puntas, estando las mismas separadas.
Otros valores pueden ser ajustados en el potenciómetro para indicaciones de resistencias mayores o menores.
LISTA DE MATERIAL
CI1 - 741 - circuito integrado - amplificador operativo
LED1, LED2 - LED rojos comunes
S1 - interruptor simple
S2 - llave de 1 polo x 2 posiciones
B1 - 9 o 12 V - batería, pilas o fuente
P1 - 1 M ohmios potenciómetro lineal
R1, R3 - 10 k ohms - resistores (marrón, negro, naranja)
R2 - 100 k ohms - resistor (marrón, negro, amarillo)
R4 - 1 M ohms - resistor (marrón, negro, verde)
R5, R6 - 1k ohms - resistores (marrón, negro, rojo)
PP1, PP2 - Extremidades de prueba, roja y negra
Varios: placa de circuito impreso universal, soporte para pilas o conector de batería, caja para montaje, hilos, soldadura, etc.