Diseño de Circuitos Electrónicos 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 indicadoreso 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 sistemade 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 potenciamás 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
NE1-NE2-lámpara de neón
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 valoresde 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
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
Leonard A Quintero C
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