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Diseño de Circuitos Electrónicos para Lámparas de Neón




Enviado por Hugo Muleta



     

     

    1. Circuitos para
    Lámparas-de-Neón

    En este artículo se verá el diseño de circuitos para
    lámparas de neón. Las lámparas de neón
    básicas son actualmente utilizadas como indicadores o lámparas
    piloto en equipamientos electrónicos. Hace algunos
    años, cuando el tubo de vacío regía el mundo de la
    electrónica, las
    lámparas y tubos de neón eran usados como reguladores
    de voltaje para proveer una fuente de voltaje casi constante al
    circuito del tubo.

    Asimismo, en los primeros días de la TV, se
    usó un tipo especial de lámpara de neón para
    mostrar -en un resplandor rojo fantasmal- las imágenes crudas del sistema de televisión de
    disco-giratorio. Aquí, en nuestro Circo,
    experimentamos y construimos circuitos sólo para
    divertirnos, y eso es lo que haremos con las lámparas de
    neón que proponemos.

    La lámpara de neón más común y
    económica actaualmente disponible es la NE-2, que se puede
    conseguir por 50 centavos. Hay más de una docena de
    variantes de esta lámpara básica que ofrecen diversas
    características. La NE-2 "plain Jane (simple Jane)" tiene un
    promedio de caída de voltaje de 65 a 90 volts y una
    corriente máxima de 0.6 mA. La NE-2H, por su parte, tiene
    una caída de voltaje de 95 a 135 volts y una corriente
    máxima de 1.9 mA, y se consigue por menos que 50 centavos.
    Los otros miembros de la familia NE-2 oscilan entres
    estas dos especificaciones de voltaje y corriente.

    El suministro de potencia más económico
    para la experimentación con lámparas-de-neón es un
    conjunto de baterías-transistor de bajo-costo, ver Fig. 1. Nota:
    Si bien se usa un símbolo de batería simple para
    indicar el suministro de potencia, B1 representa 9 o 10 unidades
    conectadas en serie (para un suministro de voltaje de 81 a 90
    volts). Un conjunto de 9 o 10 baterías de 9-volt funciona
    bien en una NE-2 standard, y las otras variantes NE-2 se pueden
    operar agregando más baterías de 9-volt en serie. Las
    baterías se pueden ordenar en una fila escalonada para
    obtener el voltaje de salida deseado.

    Dado que las demandas de corriente de una lámpara
    de neón son bajas, el rendimiento de la batería
    será extenso. Sólo recuerde que trabajará con
    voltajes que pueden sorprender sus prevenciones, o incluso
    causarle daños. ¡Sea muy cuidadoso!

    El Resistor R1 es el resistor limitador de corriente de
    la lámpara de neón. La resistencia mínima de una
    lámpara NE-2 es de 100.000 ohms, la de una NE-2H es de
    47.000, operadas con un suministro de voltaje no mayor a un 10%
    de la caída de voltaje de la lámpara. Corrientes de
    operación más altas reducirán sensiblemente la
    vida útil de la lámpara. La expectativa de vida de una
    lámpara típica en de 20.000 horas. La cifra varía
    según la corriente de operación de la
    lámpara.

     

    2. Generador
    Dentellado

    Uno de los circuitos de oscilador más simples es el
    generador dentellado de neón. Cuando se aplica potencia por
    primera vez al circuito, el capacitor (C1) comienza a cargarse a
    través de R1. Cuando el voltaje que atraviesa C1 alcanza la
    caída de voltaje de la lámpara, esta (NE1) se
    encenderá descargando C1. El procedimiento se repetirá
    una y otra vez, produciendo una formación de onda dentellada
    a través de la lámpara de neón. El circuito se
    refleja como un titilador de neón simple. En la Tabla 1 se
    exponen varias combinaciones resistor/capacitor y las frecuencias
    generadas esperables de cada combinación.

    Lista de componentes para el Generador
    Dentellado

    C1-capacitor de 100-volt, 0.1 a 2.0-m F

    R1-resistor 5%, 1/4-watt, 470.000-ohm a 1-megohm (ver
    texto)

    NE1-NE2-lámpara de neón

    Materiales de tablero, suministro de potencia, cable,
    soldadora, hardware, etc.

     

    TABLA 1 – SELECCIÓN DE FRECUENCIA

    C1 R1 FRECUENCIA

    0.1 m
    F 10-Meg. 1 Hz

    0.22 m
    F 10-Meg. 1/3 Hz

    1 m
    F 10-Meg. 1/10 Hz

    0.1 m
    F 1-Meg. 10 Hz

    0.22 m
    F 1-Meg. 3 Hz

    1 m
    F 1-Meg. 1 Hz

    0.1 m
    F 470K 20 Hz

    0.22 m
    F 470K 5 Hz

    1 m
    F 470K 2 Hz

     

    3. Oscilador de Curso
    Libre

    Nuestro siguiente circuitoes un oscilador de
    curso-libre, lámpara dual. La frecuencia de operación
    del oscilador es de aproximadamente 2-Hz con un capacitor de
    0.1-m F para C1,
    1-Hz con una unidad de 0.22-m F y 0.5-Hz con un componente de
    1-m F. Se pueden
    usar otras combinaciones de valores de componentes para
    aumentar o disminuir la frecuencia del oscilador. Valores
    más altos reducirán la fercuencia y valores más
    bajos la incrementarán.

     

    Lista de componentes para el Oscilador de
    curso-libre

    C1-capacitor de disco-cerámico, 0.1 a
    1.0-m
    F

    R1-resistor 5%, 1/4-watt, 1-megohm

    NE1, NE2-NE2-lámpara de neón

    Materiales de tablero, suministro de potencia, cable,
    soldadora, hardware, etc.

     

    4. Circuito
    Cerrojo

    El siguiente circuito alimenta una lámpara de
    néon simple activada mediante un circuito cerrojo on/off. El
    suministro de potencia para este circuito debe ajustarse a un
    voltaje levemente inferior a la caída de voltaje de la
    lámpara pero superior a su voltaje de operación. Una
    NE-2 común operando a 60 volts caerá al nivel de
    75-volt. Es ideal entonces un suministro de 63 a 70
    volts.

    Cuando se aplica potencia al circuito, C1 -cuya terminal
    positiva se conecta a la conexión formada por S1 y S2-
    comienza a cargarse a través de R3. Presionando
    momentáneamente S2 bajará la terminal positiva de C1.
    La terminal negativa del capacitor se conecta a la conexión
    formada por R2 y NE1. En la descarga, C1 envía un pulso
    negativo a la terminal negativa inferior de NE1. Esto causa que
    el voltaje que atraviesa NE1 se eleve por encima de la caída
    de voltaje de la lámpara, encendiéndose así NE1.
    Por otra parte, cerrando S1 se ubica C1 a través de NE1, el
    voltaje que atraviesa la lámpara baja a un nivel inferior a
    su voltaje de operación, causando que se apague.

     

    Lista de componentes para el Circuito
    Cerrojo

    C1-capacitor de disco-cerámico,
    0.1-m
    F

    R1, R2-resistor 5%, 1/4-watt, 100.000-ohm

    R3-resistor 5%, 1/4-watt, 10.000.000-ohm

    NE1-NE2-lámpara de neón

    Materiales de tablero, suministro de potencia, cable,
    soldadora, hardware, etc.

     

    5. Circuito Cerrojo para Lámpara
    Dual

    Es una variante del circuito anterior que agrega una
    segunda lámpara de neón con componentes de soporte. El
    voltaje para este circuito debe ajustarse a un valor inferior a la caída
    de voltaje de ambas lámparas. Las lámparas deben tener
    aproximadamente la misma caída de voltaje.

    Cerrando S1 se enciende NE1 y se apaga NE2;
    alternadamente, cerrando S2 se enciende NE2 y se apaga
    NE1.

     

    Lista de componentes para el Circuito Cerrojo de
    Lámpara-Dual

    RESISTORES (Todos los resistores son unidades 5%,
    1/4-watt)

    R1, R2-100.000-ohm

    R3, R4-15.000-ohm

    R5, R6-1-megohm

    MATERIALES Y COMPONENTES ADICIONALES

    C1-C3-capacitor de disco-cerámico,
    0.1-m
    F

    NE1, NE2-NE2-lámpara de neón

    S1, S2-interruptor botón normalmente
    abierto

    Materiales de tablero, suministro de potencia, cable,
    soldadora, hardware, etc.

     

    6. Impulsor
    CMOS

    Nuestro siguiente circuito activa una puerta simple de
    una puerta NAND de un CMOS 4011 cuadrado de 2-entradas para
    controlar la operación on/off de una lámpara de
    neón. A diferencia de los circuitos previos, este circuito
    se alimenta desde un suministro negativo. El Potenciómetro
    R4 se usa para establecer el voltaje de operación del
    circuito levemente por debajo del nivel de caída de voltaje
    de la lámpara. La diferencia entre la caída de voltaje
    y el voltaje de operación no debe ser mayor a 15 volts, o el
    circuito no funcionará.

    Llevando S1 a la posición "0" aumentará el
    voltaje de operación por 16, encendiéndose la
    lámpara mientras que llevando S1 a la posición "1" se
    eliminará el voltaje, y por lo tanto, NE1 se
    apagará.

     

    Lista de componentes para el Impulsor de Lámpara
    CMOS

    RESISTORES (Todos los resistores son unidades 5%,
    1/4-watt)

    R1-10.000-ohm

    R2-100.000-ohm

    R3-470.000-ohm

    R4-potenciómetro de 100.000-ohm

    MATERIALES Y COMPONENTES ADICIONALES

    IC1-circuito integrado, puerta NAND de un CMOS 4011
    cuadrado de 2-entradas

    NE1-NE2-lámpara de neón

    Materiales de tablero, receptáculo IC, suministro
    de potencia, cable, soldadora, hardware, etc.

     

    7. Impulsor
    Secuencial

    El siguiente circuito retoma las características
    del circuito anterior e introduce un distribuidor/contador
    decimal CMOS 4017 para producir el circuito de un impulsor de
    lámpara-de-neón. En este circuito, el 4017 (IC1) se
    conecta en una configuración
    "contar-hasta-cuatro-y-reciclar" que opera con un reloj externo
    -como un simple oscilador basado-555- o cualquier circuito
    similar generador de pulso, positivo y de rápida
    elevación.

     

    Lista de componentes para el Impulsor Secuencial
    CMOS

    RESISTORES (Todos los resistores fijos son
    unidades 5%, 1/4-watt)

    R1-R4-100.000-ohm

    R5-R9-10.000-ohm

    R10-470.000-ohm

    R11-potenciómetro de 100.000-ohm

    MATERIALES Y COMPONENTES ADICIONALES

    IC1-circuito integrado, contador/distribuidor decimal
    CMOS 4017

    NE1-NE4-NE2-lámpara de neón

    Materiales de tablero, receptáculo IC, suministro
    de potencia, cable, soldadora, hardware, etc.

     

    8. Circuito Equiparador de
    Caída de Voltaje

    Para que el circuito anterior funcione adecuadamente, se
    deben emparejar cuatro lámparas de neón dentro de unos
    cuantos volts al nivel de caída de voltaje. Para hacerlo, el
    circuito equiparador de caída de voltaje de lámpara de
    neón es nuestro próximo circuito. Para usar este
    circuito, simplemente coloque una lámpara de neón en la
    posición de prueba 1, aumente el voltaje vía R3 hasta
    encender la lámpara, y preste atención al voltaje en el
    cual ocurre la caída. Deje la lámpara en la
    posición 1 y ajuste R3 para una lectura de medidor de
    aproximadamente 40 volts o hasta que se apague la
    lámpara.

    En este punto coloque otra lámpara de neón en
    la posición 2 y aumente el voltaje hasta encenderla. Como
    antes, fíjese el voltaje en el cual ocurre la caída, y
    continúe sustituyendo lámparas en la posición 2
    hasta emparejar cuatro lámparas. Si no logra equipararlas
    con la lámpara de la posición 1, reemplace la
    lámpara e inicie el procedimiento nuevamente.

    Se puede expandir el circuito para conducir hasta un
    total de diez lámparas agregando circuitos duplicados de la
    salida restante del 4017 y conectando la terminal RESET (pin 15)
    de IC1 a tierra. Puede resultar
    complicado llevar todas las lámparas seleccionadas dentro de
    los mismos límites de caída de
    voltaje necesarios para operarlas adecuadamente, pero no es
    imposible. En nuestro siguiente circuito secuencial presentamos
    un método más
    fácil.

     

    Lista de componentes para Circuito Equiparador de
    Caída de Voltaje

    R1, R2-resistor 5%, 1/4-watt, 1-megohm

    R3-potenciómetro de 100.000-ohm

    B1-batería de 81-volt (ver texto)

    Materiales de tablero, DVM, receptáculo IC,
    suministro de potencia, cable, soldadora, hardware,
    etc.

     

    9. Impulsor Secuencial
    Expandido

    El uso de transistores en interfase entre
    el 4017 y las lámparas de neón eliminan el
    requerimiento de calibrar la lámpara. Se puede usar
    cualquier transistor NPN de propósito-general siempre que
    este promediado para un voltaje colector-a-emisor de 40 volts o
    más. La lámpara de neón se transformará en la
    carga colectora del transistor y será encendida con un
    suministro de 81-volt positivo. En este circuito, el transistor
    máximo y la corriente de la lámpara son limitados a
    menos de 1mA por un resistor limitador de corriente de 100K (R4 o
    R7 en este circuito). Se usan dos resistores de 100K adicionales
    como distribuidores de voltaje para limitar el voltaje
    máximo que se ve a través del transistor.

    Como en el circuito previo, se puede aumentar la
    cantidad de lámparas agregando impulsores de transistor y
    lámparas de neón en las salidas disponibles del 4017.
    Si desea una salida de luz más brillante, las
    lámparas de neón NE-2 del diagrama esquemático se
    pueden reemplazar por unidades NE-2H de mayor corriente. Para
    incrementar el nivel de corriente, cambie R4 y R7 por resistores
    de 47K y aumente el voltaje del suministro a 100
    volts.

    En el nivel de suministro de 100-volt, el voltaje en el
    colector del transistor es levemente superior al permitido por
    sus especificaciones, pero todos los transistores probados en el
    circuito operaron sin problemas. De hecho, todos los
    2N2222s disponibles resisten voltajes de prueba mucho más
    altos y no se registraron esfuerzos significativos en ninguno de
    los circuitos impulsores. En cualquier caso, se puede usar
    cualquier transistor NPN de propósito general con
    características similares a las del 2N2222, pero con un
    promedio de voltaje colector-a-emisor superior.

    Aquí concluimos y ya comenzamos a pensar en los
    circuitos que presentaremos en Circus el próximo mes.
    Hasta entonces, hágame saber el uso que le dio a su moderno
    circuito o dispositivo electrónico para lámparas de
    neón.

     

    Lista de componentes para Impulsor Secuencial
    Expandido

    IC1- circuito integrado, distribuidor/contador decimal
    CMOS 4017

    Q1-Q2-transistor NPN de propósito-general
    2N2222

    R1-R3-resistor 5%, 1/4-watt, 10.000-ohm

    R4-R9-resistor 5%, 1/4-watt, 100.000-ohm

    NE1, NE2-NE2-lámpara de neón

    Materiales de tablero, receptáculo IC, suministro
    de potencia, cable, soldadora, hardware, etc.

     

    Hugo Muleta

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