Descripción general
El interruptor activado por luz es un circuito que tiene como misión abrir o cerrar un interruptor (relé) al alcanzarse unos ciertos niveles de luz ambiente.
Esquema del circuito
He aquí el diagrama de bloques del circuito en cuestión.
Puede observarse que está dividido en tres bloques
El bloque sensor.
En cuanto al esquema eléctrico, el bloque sensor está formado por el transistor Q101 (BC109), la resistencia R101 (1M), y el elemento sensor LDR, que puede ser uno cualquiera de los que se encuentran en los comercios de electrónica.
El funcionamiento es como sigue. Al incidir luz sobre la fotorresistencia LDR, el valor de la resistencia disminuye. La corriente de base del transistor es aproximadamente constante y de un valor pequeño (aprox 1uA). Como el BJT está pensado para que trabaje en zona activa, la corriente de colector será unas 200 a 300 veces superior a la de base (apenas 1 mA) y también constante. La caida de tensión perteneciente a la alimentación se dividirá entre la resistencia LDR y entre el colector y emisor del transistor. A menor cantidad de luz, mayor resistencia en el LDR, mayor será la fracción de tensión de la alimentación que le corresponda, con lo que disminuirá la tensión entre el colector y el emisor, que es precisamente la tensión de salida del bloque. Contrariamente, a mayor cantidad de luz, mayor tensión de salida.
El bloque comparador.
El esquema eléctrico del sensor está compuesto por un operacional de uso general AO201, tipo uA741, un potenciómetro P201 (4K7), una resistencia R201 (1K) y una resistencia R202 (330 Ohms).
Este bloque compara la tensión de salida del bloque sensor (Vs, en adelante), con una tensión de referencia (Vref) ajustable a través del potenciómetro P201. El comparador mostrado el del tipo de ‘histéresis’, que significa que para que la salida del operacional (Vcomp) cambie de Vcc a 0 voltios, es necesario que la tensión de salida Vs alcance un valor mínimo Vref1, mientras que para realizar el cambio de 0 a Vcc voltios en Vcomp, se requiere que Vs descienda por debajo de un nivel Vref2, que es mayor que Vref1. El comportamiento del bloque se puede resumir con este gráfico.
De esa manera, supuesto que Vcomp es 0 voltios (lo cual implica escasa luz y que Vs es pequeña), y conforme vaya aumentando la cantidad de luz ambiente, llegará un momento en que la cantidad de luz alcanzará un nivel que hará que Vcomp pase a valer Vcc. Si disminuyese la cantidad de luz, para que Vcomp pase a ser o voltios, debería oscurecerse el ambiente de manera que haya un nivel de luz menor que para hacer cambiar la salida del comparador a Vcc. De esa manera aseguramos que en el caso de tener un único nivel de comparación (Vref), se produzcan transitorios extraños.
Los niveles de las referencias Vref1 y Vref2, se pueden desplazar simultaneamente, aportándoles una cierta componente de la alimentación del circuito, mediante el ajuste del potenciómetro. Además es interesante ver que las referencias tienen una componente de la tensión de comparación, y otra componente de la tensión de alimentación, como fácilmente puede determinarse analizando el siguiente circuito.
El bloque actuador.
Este otro módulo está formado por un conjunto de transistores en configuración Darlington, Q301 (BC547) y Q302 (BD139), además de una resistencia R301 (3K3), una resistencia R302 (10K) y un relé de 12 voltios REL301 (Omron G5V-1), como los que se puede encontrar en cualquier comercio de electrónica.
La misión de este bloque es la de activar el relé que contiene a partir de la tensión Vcomp generada por el bloque anterior. En caso de que Vcomp sea 0 voltios, los dos transistores estarán en situación de corte, y por el relé no circulará corriente, y por consiguiente, el interruptor que controla el relé permanecerá abierto. Sin embargo, cuando Vcomp sea Vcc, ambos transistores conducirán y por el bobinado de control del relé circulará corriente, lo cual implicará que el interruptor que controla el relé permanecerá cerrado.
La razón por la que se ponen dos transistores, es sencilla. Uno sólo no podría drenar la corriente que necesita el relé, por lo cual se deberá colocar uno (el BD139) con algo más de capacidad de disipación que un transistor convencional. No obstante su factor beta es relativamente pequeño, por lo que deberá utilizarse otro de baja potencia (el BC547), pero de alta ganancia, con objeto de poder realizar la conmutación de ON a OFF con los niveles de tensión adecuados.
A la entrada del conjunto Darlington, se tiene que emplear un divisor de tensión, para evitar que la componente de Vcc que se introduce a través de la resistencia R202 y del P201 haga que los transistores siempre conduzcan. Así pues, es necesario reducir la salida del comparador con ese divisor.
Esquema conjunto
En la siguiente figura se ve el conjunto del circuito, con sus tres bloques.
A modo de resumen podemos decir que si hay luz abundante, Vs es grande, Vcomp vale Vcc y que el relé cierra el circuito que se desea controlar, Mientras que si hay poca luz, Vs es pequeña, Vcomp vale 0 voltios y el relé tendrá abierto el circuito a controlar. La tensión a la que deberá ir alimentado es a 12 voltios.
Aplicaciones
Entre los posibles usos que podamos darle al circuito, destacan como:
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