¿Qué es un temporizador de gran retardo?
Este temporizador de gran retardo de tiempo sirve para atrasar la desactivación de un dispositivo eléctrico o electrónico después de un tiempo predeterminado de haberse encendido.
Aplicaciones del temporizador de gran retardo
Esta desactivación planificada puede ser útil para:
- Apagar la iluminación en lugares como baños, escaleras cuando no se estén utilizando.
- Desactivar las luces de una sala grande o una bodega después de un tiempo establecido para poder retirarse del lugar, debido a que el apagador no está cerca de la puerta.
- Desactivar un sistema de riego después de un tiempo y así evitar el desperdicio de agua.
- Desconectar un ventilador o abanico después de un tiempo para refrescar una habitación.
- Ahorrar energía, etc.
No siempre se tiene disponible el popular temporizador 555, así que en este caso, utilizaremos para nuestro temporizador de gran retardo, el circuito integrado CMOS CD4001, que tiene 4 compuertas NOR de 2 entradas.
Ventajas
Este circuito tiene la gran ventaja de que permite lograr grandes tiempos de retardo, debido a la alta impedancia que tienen las entradas de las compuertas NOR del circuito integrado de tecnología CMOS.
Esta alta impedancia evita que la corriente que necesaria para activar cada una de las entradas de la compuerta no sea mayor de 0.18 uA (microamperios). En otras palabras, las compuertas NOR no cargan el circuito RC de retardo.
Diagrama del circuito
Del diagrama se observa:
- El temporizador con compuertas NOR funciona con una batería que puede ser de 6, 9 o 12 voltios. (Bat)
- Dos pulsadores normalmente abiertos (NA) que se utilizan para iniciar el retardo (B2) y para terminar, si es necesario, el tiempo de retardo manualmente (B1).
- El circuito de retardo RC compuesto por la resistencia R3 y el condensador electrolítico C1.
- Las 4 compuertas NOR de dos entradas, todas contactadas con el circuito RC y todas sus salidas conectadas la base del transistor T.
- El transistor T que mantiene activado al relé y encendido el LED, el tiempo que dure el retardo.
Funcionamiento del temporizador de gran retardo
Estado inicial del circuito
Inicialmente, no es conocido el nivel de carga que tiene el condensador C1, por lo que el LED podría estar encendido o apagado y el relé activo o no.
Activación del retardo
Cuando se presiona el botón pulsador B2, el condensador electrolítico C1 se descarga totalmente y el voltaje entre sus terminales es cero (0 voltios)
Este voltaje (0V) es aplicado a las entradas de las 4 compuertas NOR en paralelo. Estas entradas tienen una muy alta impedancia de entrada, por lo que no cargan a la red RC compuesta por R3 y C1.
Circuito integrado CMOS CD4001 – Configuración interna y distribución de pines
Con las entradas de las compuertas con cero voltios (LOW), todas las salidas de las compuertas están en nivel alto (HIGH) haciendo conducir el transistor T, que a su vez activa el relé y enciende el LED.
El tiempo de retardo y su finalización
Inmediatamente después de haber presionado el botón pulsador B2 aproximadamente por 5 segundos, el condensador C1 inicia su carga a través de la resistencia R3, iniciándose el tiempo de retardo.
El proceso de carga del condensador C1 es como se muestra en la siguiente imagen. Se puede ver que el voltaje entre los terminales del condensador aumenta con el paso del tiempo.
Gráfico del voltaje en función del tiempo en el proceso de carga de un condensador en un circuito RC.
Si te interesa conocer mejor este proceso de carga puedes visitar: Proceso de carga y descarga de un condensador.
Cuando el voltaje en C1 alcanza aproximadamente la mitad de voltaje de la fuente de alimentación, después de haber pasado el tiempo de retardo, las salidas de las compuertas, que estaban en nivel alto (HI) pasan a un nivel bajo (LOW).
En este momento el transistor deja de conducir, el relé se desactiva y el LED se apaga indicando que acabó el tiempo programado.
Reinicio del tiempo de retardo
Para iniciar el tiempo de retardo se presiona nuevamente el pulsador B2 por aproximadamente 5 segundos antes de soltarlo, para asegurarse de que el condensador C1 está descargado.
El circuito RC del tiempo de retardo
De la imagen del circuito, se ve que el voltaje del terminal positivo del condensador se aplica a las entradas de las compuertas NOR. El proceso de carga del condensador C1, y su voltaje, es como se muestra en la imagen anterior.
Normalmente el voltaje entre los terminales del condensador aumenta con el paso del tiempo hasta llegar a un voltaje máximo establecido por el voltaje de la fuente que alimenta el circuito.
En nuestro circuito el valor del voltaje del condensador no necesita llegar a ser el voltaje de la fuente para desactivar el temporizador. Esto se debe a que el voltaje de entrada, al que en la salida de la compuerta CMOS NOR cambia (pasa a LOW), es menor que el voltaje de la fuente que alimenta el circuito.
Si te interesa conocer mejor este proceso de carga puedes visitar: Proceso de carga y descarga de un condensador.
¿Como variar el tiempo de retardo?
El tiempo de retardo es proporcional a los valores del condensador y de la resistencia. Incrementando cualquiera de estos valores incrementa el tiempo de retardo. Por el contrario, si se reduce cualquiera de estos valores se reduce el tiempo de retardo.
Si deseas aprender mas sobre los tiempos de retardo en circuitos RC te sugiero que visites el tutorial la constante de tiempo en circuitos RC y RL
Activación del relé y el LED de salida
Las salidas del las compuertas NOR se unen para activar el transistor NPN 2N2222 (Q) que funciona como un interruptor.
Cuando la salida de las compuertas esta en nivel alto / HIGH (estamos en el tiempo de retardo), el transistor entra en saturación y entrega el voltaje necesario para activar el relé y el led. El relé mantiene activo el dispositivo eléctrico o electrónico que controlamos y el LED está encendido.
Cuando la salida de las compuertas está en nivel bajo / LOW (no estamos en el tiempo de retardo), el transistor entra en corte y no entrega voltaje al relé y al led. El relé desactiva el dispositivo eléctrico o electrónico que controlamos y el LED no enciende.
Transistor NPN 2N2222
Lista de componentes del circuito
- 1 circuito integrado CMOS CD4001, 4 compuertas NOR de 2 entradas. (IC1)
- 1 transistor NPN 2N2222 o similar (T)
- 1 relé con voltaje similar al de la fuente de alimentación con capacidad de corriente de 4 A o más. El relé debe tener el mismo voltaje que la fuente de alimentación (Bat)
- 1 resistencia de 100 ohmios (R1)
- 1 resistencia de 4.7 K (R2)
- 1 resistencia de 1 M (mega) (R3)
- 1 resistencia de 1 K (kiloohmio) (R4)
- 1 condensador electrolítico de 220 uF (microfaradios) (C1)
- 1 LED rojo (D1)
- 1 diodo rectificador 1N4148 (D2)
- 2 botones pulsadores de contacto momentáneo, normalmente abiertos (NA) (B1, B2)
- 1 batería de 6 V, 9 V o 12 V (Bat)
