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Jul 07, 2023

Práctico

Clive 'Max' Maxfield | 24 de enero de 2023 Parece que hace solo un par de semanas escribí mi columna "Construya circuitos mecánicos asombrosos que funcionen como los electrónicos. ¿Pero cómo?" Conocido como

Clive 'Max' Maxfield | 24 de enero de 2023

Parece que hace sólo un par de semanas escribí mi columna "Construya circuitos mecánicos asombrosos que funcionen como los electrónicos. ¿Pero cómo?" Conocida como Spintronics, esta astuta creación fue concebida por Paul y Alyssa Boswell, cuyo anterior reclamo a la fama fue una computadora impulsada por canicas llamada Turing Tumble.

La idea detrás de Spintronics es crear análogos mecánicos giratorios de dispositivos eléctricos y electrónicos, donde estas implementaciones mecánicas se conectan mediante cadenas como cables. Además de una fuente de alimentación y un interruptor, existen implementaciones mecánicas de uniones, resistencias, condensadores, inductores, transistores y un amperímetro.

Aunque Spintronics está pensada principalmente como una herramienta educativa para los más jóvenes, personalmente creo que será de interés para personas de todas las edades. La buena noticia es que recientemente escuché de Paul que los kits de Spintronics ahora se envían a todo el mundo.

Me daría vergüenza decirte cuántas horas he pasado con el Turing Tumble en mi oficina, y ni siquiera me atrevo a pensar en la cantidad de tiempo que voy a dedicar a mi kit de Spintronics cuando llegue.

Quizás no sea sorprendente que una cosa para la que Spintronics no proporciona un análogo es el rebote del interruptor. La mayoría de los no ingenieros suponen que cuando activan o desactivan un interruptor de palanca o un interruptor de botón, se cierra y se abre limpiamente. En realidad, ese interruptor rebotará, lo que significa que puede abrirse y cerrarse en cualquier lugar hasta más de 100 veces durante un período que va desde microsegundos hasta milisegundos.

Sólo para reír y sonreír, utilicé mi confiable osciloscopio RIGOL DS1054 para capturar algunas formas de onda de rebote de interruptor representativas, como se ilustra en la imagen a continuación. De arriba a abajo tenemos las huellas de un interruptor de palanca, un interruptor de botón y un interruptor de límite (también conocido como microinterruptor).

Rebote de interruptor representativo de un interruptor de palanca (arriba), un interruptor de botón (en el medio) y un interruptor de límite (abajo).

Incluso los ingenieros en ejercicio pueden verse sorprendidos por el rebote del interruptor si no se han topado con él antes. Presentamos varias técnicas de software y hardware que podemos usar para mitigar el rebote de un interruptor en mi columna "Cómo evitar que un interruptor accionado rebote como una pelota de golf caída desde el techo".

Una de mis soluciones de hardware favoritas es utilizar un circuito integrado (IC) LS18 de LogiSwitch. Debo mencionar el hecho de que uno de mis muchos "sombrero" es el de Director Técnico (CTO) en LogiSwitch, por lo que puede que sea un poco parcial, pero creo que nuestros circuitos integrados NoBounce son las "rodillas de abeja" con respecto a los interruptores antirrebote. .

El LogiSwitch LS18 de 3 canales aborda tanto el ruido como el rebote del interruptor.

Además del LS18 de 3 canales, también disponemos de versiones de 6 y 9 canales. También es de interés, especialmente para mí cuando estoy creando mis proyectos de hobby, que todos estos chips están disponibles en paquetes de tecnología de orificio pasante (LTH) y de montaje en superficie (SMT) (ofrecemos paquetes aún más pequeños para aplicaciones especiales). .

La razón por la que estoy hablando de todo esto aquí es que recientemente decidimos crear una pequeña placa de circuito para demostrar las capacidades del LS18 junto con un dispositivo específico de un fabricante de interruptores líder en la industria. Mi amigo Joe Farr en el Reino Unido diseñó este tablero de demostración para mí una mañana lluviosa de sábado.

Tablero de demostración LS18.

He ocultado los nombres de la empresa y el cambio involucrado para proteger a los inocentes (yo, por ejemplo). Un punto interesante que vale la pena señalar es que, como se ve en el área marcada como “LogiSwitch LS18”, aunque decidimos usar una versión empaquetada SOIC SN de nuestro chip para esta demostración, Joe también incluyó los pads para PDIP, MSOP MS y SOT23. 6 paquetes para proporcionar una comparación visual rápida de tamaños (el dispositivo SOT23-6 es tan pequeño que apenas se puede ver).

Pero estamos divagando... El motivo de esta columna es el diseño de la fuente de alimentación de la placa. Como es habitual en este tipo de aplicación, Joe creó esto de tal manera que permitiera a los usuarios conectar una fuente de CA o CC de 7 V a 12 V (en el caso de una fuente de CC, puede usar cualquier polaridad; es decir , centro positivo o centro negativo).

Joe también incluyó un puente con dos encabezados de bucle asociados (consulte la esquina inferior izquierda de la placa) para permitir al usuario monitorear la corriente consumida por el LS18 (el LED de alimentación de la placa está conectado aguas arriba de este puente para que su corriente no se incluirá).

He visto los diseños de fuentes de alimentación de Joe antes, pero hay dos aspectos de éste que me llamaron especialmente la atención. El primero es el hecho de que Joe incluyó pines de cabecera y un puente que permite al usuario seleccionar entre valores de 1,8 V, 2,3 V, 3,3 V, 5,0 V y ADJ (“ajustable”), donde este último se puede configurar usando el botón “ Potenciómetro multivuelta V.ADJ” (hay potenciómetros de montaje en superficie que se utilizan para ajustar los demás valores ubicados en la parte inferior de la placa). El segundo punto de interés es el uso que hace Joe de un diodo Zener para garantizar que el usuario no pueda configurar el voltaje por encima de 5,5 V.

Teniendo en cuenta que siempre es útil tener una pequeña fuente de alimentación para los proyectos de hobby, le pregunté a Joe si podía crear una versión independiente de esta unidad ajustable. Él muy amablemente lo hizo y las imágenes a continuación muestran el esquema, el diseño y el tablero terminado.

Esquema para fuente de alimentación de bricolaje ajustable.

Diseño para fuente de alimentación de bricolaje ajustable.

Fuente de alimentación de bricolaje ajustable ensamblada.

Quizás debería señalar que, por razones que sólo él mismo conoce, Joe siempre coloca sus fuentes de alimentación de derecha a izquierda, y ciertamente no voy a difamar (mi brazo para lanzar ya no es el que solía ser). .

Como vemos, este diseño presenta el uso de un regulador de voltaje positivo de 3 terminales ajustable LM317 que requiere solo dos resistencias externas para configurar el voltaje de salida. En nuestro caso, una de estas resistencias es un dispositivo fijo de 220 Ω, mientras que la otra es un potenciómetro multivuelta de 2 KΩ. De hecho, tenemos dos potenciómetros de este tipo en esta placa, VR1 y VR2, lo que nos permite seleccionar entre dos voltajes usando el puente en J1 o J2. Podríamos modificar el diseño para agregar más potenciómetros y proporcionar una mayor selección de voltajes si lo deseamos...

…hablando de eso, Joe también compartió amablemente los archivos de diseño para que puedas construir tus propios tableros si así lo deseas. Este archivo ZIP comprimido contiene los archivos *.dch (esquema) y *.dip (diseño) en formato DipTrace (puede descargar una copia gratuita del software de diseño de PCB y esquemas DipTrace desde www.diptrace.com).

Lista de componentes.

Además de la lista de componentes que se muestra arriba, Joe también proporcionó las siguientes notas:

A decir verdad, Joe es un poco rata de carga porque compra cosas como componentes y conectores cada vez que los ve en oferta. Por ejemplo, tiene cajas de rectificadores de onda completa que eligió para una canción en lo profundo de la noche del tiempo. Esto es fantástico para Joe, pero no tanto para el resto de nosotros que intentamos localizar piezas idénticas. Esto explica por qué Joe implementó el rectificador de onda completa en esta placa usando cuatro diodos 1N4007.

Debo admitir que no he prestado tanta atención al diseño de las fuentes de alimentación como quizás debería. Lo único que sé es que cada vez que le pido a Joe que me diseñe una placa, ésta viene equipada con una fuente de alimentación perfectamente diseñada para la tarea en cuestión.

Si decide tomar este diseño y construir su propio tablero, o tal vez utilizar este diseño como punto de partida para desarrollar su propia versión, me encantaría saberlo (incluidas las imágenes). Y, como siempre, agradezco sus comentarios, preguntas y sugerencias.

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