Un circuito de papel con el 555, paso a paso.
Con el ánimo de compartir un poco la experiencia de los circuitos de papel con la gente que no vive en Buenos Aires y alrededores (y de paso quitarle un poco de telarañas a este olvidado blog), aquí va un tutorial paso a paso para construir un circuito sonoro en papel & cartón usando el popularísimo 555. Además de trabajar en la intersección del collage con la electrónica, vincularemos una disciplina que amo: los circuitos de forma libre, (aka freeform circuits) donde los componentes se sueldan entre sí sin uso de un sustrato (como el PCB o la placa perforada).
El 555 es un circuito integrado muy popular, con más de 50 años de existencia. Fue diseñado por Hans Camenzind con la finalidad principal de generar temporizadores y osciladores. Su eficiencia y versatilidad lo convirtieron en un clásico absoluto. Tanto como para generar todo un lore incluyendo juguetes, muebles, tortas y demás:
ALERTA NERD! Si no te interesa aprender sobre el funcionamiento del circuito y sólo quieres ensamblarlo, puedes saltearte esta parte.
Aquí podemos ver sus patas enumeradas con su función específica para ayudarnos a entender cómo ensamblaremos un oscilador. Ten presente este esquema para poder identificarlas a la hora de construir el circuito.
1 (GND): Este pin se utiliza para proporcionar voltaje de referencia o tierra (0V).
2 (TRIG): Dispara el funcionamiento del 555. Cuando el voltaje en este pin cae por debajo de 1⁄3 del voltaje de alimentación (Vcc), la salida se pone a nivel alto (V+).
3 (OUT): Salida. De acuerdo a la configuración, tendrá un nivel alto (V+) o bajo (0V).
4 (RESET): Al recibir un nivel bajo de tensión, restablece/reinicia el funcionamiento. Conectar a V+ para un funcionamiento continuo
5 (CTRL): Permite control por voltaje variable de acuerdo a los requisitos de salida.
6 (THR): Este pin “monitorea” el voltaje a través del capacitor que es descargado por el pin 7. Cuando esta tensión alcanza 2/3 de la tensión de alimentación (Vcc), el ciclo de temporización termina, y la salida se pone a nivel bajo.
7 (DIS): Descarga. En varias configuraciones se usa para “vaciar” el capacitor conectado entre este pin y tierra. Está en fase con la salida.
8 (VCC): Este pin se utiliza para proporcionar voltaje positivo (4.5V a 15V)
Entre las aplicaciones más extendidas del 555 se encuentra la del multivibrador astable (que es la que ensamblaremos) , al que también podemos describir como un oscilador de onda cuadrada. En la animación de abajo se puede ver la configuración:
Un capacitor/condensador se carga a través de dos resistencias en serie (Ra y Rb). El tiempo de carga estará determinado por el valor del capacitor y de ambas resistencias (a mayor valor, más tiempo de carga y viceversa).
El capacitor se llena hasta que la pata 6 (threshold o umbral) detecta que se ha llegado a 2/3 del voltaje de alimentación. Entonces el capacitor se descarga a través de la pata 7 (discharge o descarga). El tiempo que tome en descargarse dependerá de Rb. Mientras el capacitor se descarga, la salida (3) se encontrará en estado bajo (0V)
Cuando la descarga del capacitor lo lleva a 1/3 del voltaje de alimentación, la pata 2 (trigger o disparo) cierra la descarga (pata 7) y “activa” la salida (pata 3), iniciando un nuevo ciclo de carga.
En el recuadro amarillo se visualiza el ciclo de carga del capacitor. La salida muestra una onda cuadrada: señal que presenta dos estados de voltaje absolutos, sin voltajes intermedios.
A la derecha encontrarás un video del circuito en funcionamiento:
De acuerdo al esquemático de la derecha, representando la clásica configuración Astable, R1 será nuestro LDR o sensor de luz mientras que R2 será nuestra mano, la cual cumplirá su rol de resistencia cuando entre en contacto con las dos tiras de cobre. Estas tiras de cobre son meros electrodos (terminales de contacto físico). La resistencia que nuestra mano genere (siempre que cierre el contacto entre ambos electrodos) variará de acuerdo a la presión y cantidad de piel en contacto (a mayor contacto, menor resistencia y mayor frecuencia). ATENCIÓN! si bien el circuito es totalmente inofensivo, involucra un flujo de electrones circulando por el cuerpo. Personas con desfibrilador o marcapasos no deben experimentar con proyectos electrónicos que involucren al cuerpo humano como parte del circuito.
Antes de comenzar, una última aclaración: la construcción de este circuito asume una mínima experiencia en el uso de herramientas como el soldador, el cutter o la pistola de silicona caliente. Trabajaremos con elementos muy pequeños y, a veces, frágiles. Si no tienes experiencia en este tipo de proyectos, tal vez debas empezar por algo más sencillo.
EMPEZAMOS? Vas a necesitar los siguientes materiales y herramientas:
Componentes electrónicos:
Circuito integrado 555 (por las dudas compra más de uno, ya que manipularemos sus patas y se pueden quebrar)
LDR (también llamado fotorresistencia)
Capacitor/condensador cerámico de 10 nanofaradios (aka 103)
Conector microUSB para protoboard (lo usamos como conector de alimentación). Si ya cuentas con otro tipo de conector de alimentación, puedes usarlo. Yo prefiero éste ya que es muy fácil conseguir un cable microUSB y un cargador de celular, además de proveer 5V que es un voltaje ideal.
Buzzer sin oscilador (puedes usar un sensor piezoeléctrico directamente pero al no tener caja de resonancia, su sonido será más tenue). En caso de no conseguir, también puedes usar sólo la salida de audio. Un parlante tradicional (incluso uno pequeño) no funcionará en la gran mayoría de los casos, debido a su demanda de corriente.
Conector de audio 3,5mm (en Argentina le llamamos miniplug)
Un poco de cable unifilar o cable alambre (el cable que no tiene pelitos sino un solo filamente más grueso). El cable UTP o telefónico suele tener estas características.
Como soporte para nuestro circuito usaremos un carton de al menos 1mm. de grosor. El tamaño puede variar aunque sugiero que no sea menor a 15x15cm. Como este tutorial no se enfoca en la técnica del collage, yo elegí una imagen simple para cubrir el carton. Pero puedes tomarte tu tiempo para hacer un collage complejo e incluso pintar la superficie del cartón.
Finalmente vamos a precisar también las siguientes herramientas y materiales:
Soldador/cautín de 30/40W
Estaño
Alicate de electrónica
Pinza tipo brusela o similar para manipular objetos pequeños
Pistola de silicona con barras
Cutter
Tijera
Barra de adhesivo para papel
Cinta autoadhesiva de cobre (si no consigues, puedes usar lámina de cobre y cinta doble faz para crear las tiras de contacto)
A continuación el Paso a Paso:
Espero que este tutorial les sea de provecho y también espero poder hacer otros en el futuro. A cuatro días del fin del 2024, espero que hayan tenido un buen año y que el que venga sea mejor! Cariños!
Jorge (aka monstruoMIDI)