Oidor de Luz

Proyecto de electrónica básica que emplea amplificadores operacionales y sensores de Luz.

oidor de luz 2 low.png














Puedes bajarte el documento en PDF para construir este proyecto.

Nivel educativo y relación con el currículo

En el currículo de Tecnología de 4º ESO, tenemos tres bloques de contenido relacionados con este proyecto. El bloque de Electricidad y Electrónica trata "el análisis y descripción de sistemas electrónicos básicos" y "los dispositivos de entrada, salida y de proceso". Asímismo el bloque de "Control y Robótica", habla de "experimentación con sistemas automáticos, sensores, actuadores,...". Por último en el bloque de "Tecnologías de la comunicación.Internet" habla de "los principios técnicos para transmitir sonido, imagen y datos."


Qué es

En este proyecto vamos a exprimir las posibilidades que tiene la energía eléctrica en convertirse en otros tipos de energía.
La idea de este altavoz de luz es la siguiente: a partir de una fuente de luz intermitente produciremos mediante un sensor de luz unas pequeñas señales eléctricas que, después de filtradas y amplificadas, inyectaremos en un altavoz para "escuchar la intermitencia de la fuente de luz".
Cuando hablamos de una fuente de luz intermitente, hay que tener en mente que el ojo humano tiene una persistencia de visión de 20 milésimas de segundo. Por lo tanto, un flash de luz que se encienda y apague más de 50 veces por segundo (50Hz), parece continuamente encendido. Otro sentido, el oído humano tienen una mayor sensibilidad ya que puede responder a un sonido de hasta 20.000 Hz.
Este circuito consigue transformar el parpadeo de una luz que el ojo no puede discernir en sonido que el oído puede fácilmente oír (por ej. la de un fluorescente que vibra a 50Hz).

Objetivos del proyecto

Después de hacer este proyecto deberías ser capaz de:

  1. Diseñar con originalidad la maqueta y dibujar las piezas sobre tabla de contrachapado.
  2. Cortar, limar, lijar, taladrar y pegar piezas.
  3. Soldar componentes eléctricos en placa perforada y realizar las conexiones eléctricas según esquema
  4. Distinguir componentes con polaridad y conectarlos adecuadamente según esquema
  5. Comprobar con un polímetro las conexiones elécgttricas sobre la placa siguiendo el esquema eléctrico.
  6. Medir con el polímetro las tensiones en el OPAM.
  7. Decorar la maqueta.

Objetivos avanzados

  1. Visualizar con un osciloscopio las señales de entrada y de salida en el OPAM para calcular su ganancia.
  2. Visualizar en un osciloscopio el trabajo de los condensadores como filtros de frecuencia.

Vocabulario

automatismo, interruptor, LED, fototransistor, opam (LM386), altavoz, filtros con condensadores, polaridad, placa perforada, bloques de un automatismo.



1ª Fase: MAQUETA.

Tienes que dibujar tu boceto del altavoz de luz teniendo en cuenta que partes de una pieza de 20x 20 cm de contrachapado. Como ayuda te diremos que necesitas una pieza de 10x10 cm para colocar la placa de control y otra igual a la anterior para colocar el altavoz. Por lo tanto te queda una tira de 10x20 cm para diseñar el resto de tu maqueta, incluyendo las escuadras que necesites para planos perpendiculares.
Puedes guiarte de las fotos siguientes...


https://flic.kr/s/aHsjffYtEo

oidor de luz 3 low.png
oidor de luz 1 low.png











2ª Fase: Placa del circuito

Listado componentes

  • R1 Resistencia de 10 KΩ, 1/4 W.
  • FT Fototransistor (BPW40 o similar), con polaridad. Tiene dos patillas: corta=colector, y larga=emisor. Este es un sensor de luz visible-infrarroja cercana (520 a 970 nm), cuya frecuencia de corte es 170 KHz (>>20KHz que es la máxima audible). Trabaja hasta con Vcemax=32V, Icmax=100mA, Vcesat=0.3V, 150 mW. Al pasar de oscuridad a luz la corriente Ic_osc=10nA -->Ic_luz=6mA, esto es, aumenta 600 veces la intensidad del colector con luz.
  • C1 Condensador de 100nF no polarizado…no se distinguen sus dos patillas.
  • Zócalo de 8 patillas (no se ve en los esquemas) se suelda a la placa y sobre él se pincha el amplificador LM386.
  • LM386 es el OPAM, Amplificador de Audio, tiene 8 patillas numeradas en orden (ver boceto). Internamente está amplificado con una ganancia de 26dB (esto es, amplifica 20 veces la tensión que le llega). Trabaja con voltajes 5-12V, produce baja distorsión de la señal amplificada y está diseñado para trabajar a frecuencia de audio.
  • C2 Condensador de 100 μF, con polaridad. Patilla positiva la larga y negativa la corta.
  • C3 Condensador de 1000 o 470 μF sirven ambos, con polaridad. Patilla positiva la larga y negativa la corta.
  • SPK Altavoz (SPeaKer), 8 ohmios, 0.5 W. ¡Tiene un Terminal positivo y otro negativo ¡
  • Placa perforada donde se sueldan los componentes
  • Conector 9 V (podríamos trabajar entre 5- 12 V por el OPAM empleado(LM386))
  • Interruptor (no mostrado en el esquema eléctrico)

Esquema eléctrico

El siguiente esquema muestra la relación entre los componentes.


altavoz_de_luz_esquema_crocodile.png
Esquema eléctrico




Funcionamiento

Cuando incide la luz intermitente sobre el fototransistor (FT), éste se activa y trabaja como un interruptor cerrado. Si no recibe luz el FT actúa como un interruptor abierto. Si la luz que recibe parpadea muchas veces por segundo el FT conmuta de abierto a cerrado a la misma frecuencia. Esta conmutación del transistor produce una señal eléctrica de unos pocos milivoltios que es amplificada por el amplificador de audio y enviada al altavoz. Los condensadores actúan como filtros que eliminan frecuencias inaudibles para el hombre, las que están fuera del rango 20 Hz- 20.000 Hz.

En este esquema no queda claro el patillaje del OPAM ni otros aspectos del circuito. Por eso mostramos un sencillo montaje en placa hecho con la aplicación de diseño de circuitos impresos Eagle Layout Editor en su versión freeware.


Placa del circuito



altavoz_de_luz_eagle_board.png
Placa del circuito


Donde FT_COL es el colector del fototransistor. FT_EMI su emisor, SPK+ y - las dos conexiones del altavoz, V+ y GND las tensiones de alimentación de la placa, C1-3 los condensadores, a veces sin polaridad (C1), pero otras con polaridad (C2 y C3, se muestra la patilla ánodo con un signo +).</span


Boceto de la placa

Si eres de los que no le gusta diseñar y fabricar placas de circuito impreso (PCI) y prefieres imaginarte todos los componentes soldados a una placa perforada te muestro un boceto de como quedaría. Ésta, es la técnica que hemos utilizado en nuestra aula-taller.
altavoz_de_luz_boceto.jpg
Boceto de la placa

Vídeo de funcionamiento


En este vídeo puedes observar cómo el sensor de infrarrojos capta el parpadeo de un diodo led que hay enfrente de él y cómo finalmente un altavoz reproduce con un tono audible la frecuencia a la que parpadeaba la luz.




Oscilador variable de audio probador

Si quieres construir el oscilador de luz a frecuencia variable que genera las frecuencias que oyes en el video, es fácil, sólo necesitas un temporizador 555 y un poco más de tiempo... ahí te dejo el esquema con una gráfica de la oscilación que genera.
555_esquema_y_grafica.png

























Siendo R2 un potenciómetro que permite variar la frecuencia de oscilación entre aprox 10-1000Hz como se ve en la gráfica de abajo.
555_grafica_frec_pot.jpg