Fuera del curso

Dejamos este capítulo para temas que ya son fuera del curso pero que puede servir al docente para explicar conceptos teóricos con el Arduino

Electrónica analógica

La electrónica es la ciencia que estudia y diseña dispositivos relacionados con el comportamiento de los electrones en la materia. En nuestro caso estudiaremos los componentes básicos utilizados en estos circuitos de bajo voltaje y usaremos Arduino, y la placa EduBásica, para practicar y entender mejor su funcionamiento.

Resistencias

Los componentes electrónicos llamados resistencias se utilizan en los circuitos para variar los valores de intensidad y voltaje. A veces tenemos que alimentar un dispositivo y sólo disponemos de una fuente de voltaje que puede dañarlo si se conecta directamente, como ocurre por ejemplo con los ledes. Al conectarlos directamente a un pin digital de Arduino (+5V), la corriente que circula es demasiado alta para el led y una exposición prolongada puede provocar que se queme. Para evitar esto conectamos en serie con el led una resistencia eléctrica (220 ohmios por ejemplo) que hace que el valor de la intensidad sea menor. El led lucirá algo menos que si lo conectamos directamente pero alargará su vida útil.

El valor de una resistencia se suele identificar mediante unas bandas de colores impresas en su superficie. La interpretación del código de colores la puedes obtener en  http://es.wikipedia.org/wiki/Resistor aunque suele ser recomendable, a la hora de realizar prácticas con circuitos electrónicos, utilizar un polímero que nos permitirá, entre otras cosas, medir la resistencia eléctrica en ohmios de estos componentes.

Divisor de tensión

Muchas veces necesitamos sacar una tensión que no es la máxima de la alimentación (en este caso 5V) el truco es hacerlo por resistencias, en forma de divisor de tensión:

Si aplicamos la ley de Ohm podemos deducir la siguiente fórmula: [aquí si quiere ver la demostración]

En este caso utilizaremos el divisor de tensión para demostrar que modificando la R2 por resistencias en serie o paralelo, se modifica la tensión Vout que el Arduino lo leerá y lo visualizará en un LED

Montaje 1: Resistencias en serie

Elige cuatro resistencias de cualquier valor para los montajes en serie pero procura que sean de valores muy distintos. Para ello utiliza la tabla con los códigos de colores o bien mide los valores directamente con un polímetro (medida de ohmios).

Con EDUBÁSICA

Monta el siguiente circuito divisor de tensión:

El cable rojo es la Vin (5V) y el negro GND. El cable azul es la salida Vout que la lee A2 por eso está conectado al A2 de EDUBASICA

Usa la protoboard para intercalar, entre los extremos del cable azul y negro, las resistencias que elegiste y prueba distintas combinaciones en serie quitando y poniendo resistencias. Debes observar que la luminosidad del led varía.

SIN EDUBÁSICA

Igual, simplemente que A2, Vin y GND lo tienes en el mismo ARDUINO

Continuamos...

El programa que hay que ejecutar en el arduino es este

//Conectaremos resistencias en serie entre Vout=A2 y GND

void setup() {                 
  // Pin 3 tiene el LED verde
  pinMode(3, OUTPUT);       
}
void loop() {
  analogWrite(3,analogRead(2)/4);
//Dividimos el valor entre 4 para adecuar la salida a 255
}

Reflexión

¿Cómo afecta el valor de las resistencias en serie en la luminosidad del LED?

Solución

Según la fórmula del divisor de tensión CUANTO MÁS RESISTENCIA HAYA ABAJO (R2 en la fórmula) MÁS TENSIÓN HAY por lo tanto más se ilumina el led que visualiza lo que entra por A2).

Montaje 2: Resistencias en paralelo.

Este ejercicio es similar al anterior, puedes usar las mismas resistencias y el mismo programa.

Une ahora uno de los extremos de las resistencias conectadas en paralelo al pin 2 analógico y el otro extremo a GND. Prueba a quitar alguna de las resistencias y obtén conclusiones de lo que ocurre.

CON EDUBASICA

SIN EDUBASICA

Diodos

Seguro que has oído hablar de los diodos LED (Light-Emitting Diode) pues están muy de moda. Un diodo led no es más que un diodo que emite luz cuando está polarizado correctamente.

Un diodo (del griego "dos caminos") es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor.

De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella se comporta como un cortocircuito con muy baja resistencia eléctrica.

Veamos si sabes como polarizar un diodo...

Un diodo se dice polarizado directamente cuando su cátodo está a un potencial inferior al ánodo. Los diodos por tanto deben especificar cual es el ánodo y el cátodo. En la foto puedes ver como un diodo led identifica su cátodo con una patilla recortada.
En otro tipo de diodos se puede identificar el cátodo gracias a una raya dibujada sobre el componente.

CURVA CARACTERÍSTICA DE UN DIODO:

Vamos a estudiar la curva I-V de un diodo de tal manera que comprobaremos que al aplicar un cierto voltaje el diodo conduce y no conduce (estado en corte) si estamos por debajo de ese voltaje o diferencia de potencial. En el caso específico de un diodo la diferencia de potencial a superar es de 0,7 V; si es un diodo LED es más del doble. A partir de ese valor conduce la corriente eléctrica y si es un LED, empieza a iluminarse.

Montaje 7 Estudio de la tensión umbral de un LED

Objetivo: Medir la tensión del diodo con Arduino con una entrada analógica, A0 (por ejemplo) para detectar la tensión umbral. El diodo lo alimentaremos con un potenciómetro para ir subiendo los valores

CON EDUBÁSICA

Vamos a realizar el siguiente esquema:

Para conectar un cable con A0 tenemos que localizar el orificio (señalado en esta imagen) y para la masa utilizamos el segundo tornillo

Montamos:


Carga este código en tu placa Arduino:

float val = 0;

void setup(){
    Serial.begin(9600);
}
void loop(){
    val = analogRead(A0);  //leemos el potenciómetro (0-1024)
    val = val/204,6; //mapeamos los valores para que sean de 0 a 5V
    Serial.print (val);  
    Serial.print ("V"); //vemos por pantalla el valor en Voltios
    Serial.println();
    delay(1000);
}

Abre el Monitor serial de Arduino (ctrl+may+M) y verás el voltaje que está ofreciendo Arduino al montaje que has hecho.

Mueve el potenciómetro y verás que el valor va cambiando. Intenta averiguar cual es la tensión umbral a partir de la cual tu led empieza a emitir luz.

Nota: inicialmente la corriente puede ser muy baja por lo que debes fijarte bien cuando empieza a iluminarse.

Verás que alrededor de 2.5V el led empieza a iluminarse

TRUCO

Se puede hacer sin ningún circuito exterior, utilizando la resistencia R5 y el diodo de VIN, para ello bastaría:

• Desconectar el interruptor que une V1 con Vin
• Unir con un cable V1 con A0

Poner interruptor en OFF y unir el cable uniendo V1 con A0 (dibujado en morado) :

SIN EDUBASICA

Igual, simplemente que tienes que hacer el circuito del potenciómetro exteriormente