Carga Resistiva || Resistencia de Carga

Una carga resistiva es aquella en la que el consumo se produce sobre una resistencia sin que la corriente quede desfasada respecto de la tensión al paso de la resistencia. Simplemente es aquella en la que la electricidad produce calor y no movimiento. Puede ser muy pequeña o ser físicamente grande, dependiendo de la cantidad de energía que tiene que disipar.

En este video diseñaremos un circuito electrónico pensado para poder comprobar dispositivos con conexión usb y estudiaremos el diagrama esquemático que hemos diseñado.

Realizaremos las pruebas experimentales correspondientes montando los componentes sobre una placa protoboard para luego dar paso a la construcción sobre una placa experimental realizando algunas modificaciones.

Observaremos el proceso de construcción y finalmente podremos comprobar nuestra carga resistiva. Así que sin esperar más vamos a construir algo genial.!

Antes de cada proyecto acostumbro buscar en tiendas online, productos similares en función y diseño. Esto nos permite tener un referente de cada uno de los componentes que posiblemente llegaremos a usar. Encontramos una resistencia de carga o resistencia de descarga con un switch de encendidito para 1 amperio y otro para 2 amperios. Esta otra resistencia de carga es electrónica y quiere decir que usa componentes activos como amplificadores operacionales.

Observando la hoja de datos de transistor tip41 podemos ver que es capaz de regular hasta 6 amperios y que el terminal de la izquierda o pin No. 1 es el terminal base. Después el terminal colector, luego el ultimo terminal o pin 3 es el terminal emisor

Debemos reconocer los componentes que usaremos como un transistor tip41, dos potenciómetros de 20k y 10k, dos resistencias de 2 ohmios cada una a 10 vatios de potencia, dos puertos conectores usb tipo A macho y hembra, dos perillas, una bornera de dos tomas, un Jack DC y finalmente una lámina de silicona separadora.

Para este proyecto usaremos placa váquela universal y placa universal en fibra de vidrio, además necesitaremos y buen disipador de aluminio con el tamaño adecuado para evitar el sobrecalentamiento del transistor. Para esto usaremos crema disipadora y unas amarraderas de plástico.

El circuito empieza con la alimentación desde el puerto USB, seguido por dos resistencias variables de 20k y 10k correspondientemente, donde la corriente desde el terminal de salida del primer potenciómetro irá al terminal tierra del mismo. Luego, desde el terminal de tierra del segundo potenciómetro, conectaremos nuestro transistor npn de potencia, para conectar desde le terminal de salida del segundo potenciómetro hasta el terminal base del transistor.

Enseguida conectamos el terminal colector al terminal positivo de la fuente de alimentación,

Finalmente, la carga será conectada desde el terminal emisor del transistor y también al terminal negativo de la fuente de alimentación. La cual son dos resistencias en paralelo, cada una de 2 ohmios y 10W depotencia. Ambos valores de potencia se sumarán y darán un equivalente de 20w, esto será suficiente si no sobrepasamos una corriente de 4 amperios.

Analizando el circuito podemos deducir que la corriente de la fuente de alimentación la cual queremos comprobar, estará disponible desde el terminal colector. Recordando usar un transistor de potencia Darlington, hasta que la corriente emitida por el terminal de salida del segundo potenciómetro, alcance un valor suficiente para afectar al transistor y dejar circular la corriente llamda IC, desde la fuente hacia el emisor en proporción a la corriente de base IB, Regulada por el segundo potenciómetro.

Esta corriente IE que viene del transistor ahora se dividirá en dos corrientes que pasarán por las resistencias de potencia, entonces llamaremos a la primera corriente IE1, y a la corriente que pasa por la otra resistencia de potencia la llamaremos Corriente IE2.

Ambas corrientes se sumarán para finalizar en el terminal negativo de la fuente y resultara en la corriente que ha sido regulada por el transistor, la cual llamaremos corriente IE total.

Vamos a calcular el valor de la corriente máxima que es el voltaje sobre la resistencia, según la ley de ohm. Si tenemos dos resistencias en paralelo la ecuación es el valor de la resistencia 1 por el valor de la resistencia 2 sobre la suma de ambas.

Así podemos tener una resistencia equivalente de solo 1 ohmio y con el valor esta resistencia equivalente, podemos encontrar el valor de la corriente que necesitamos comprobar la cual se puede calcular dividiendo 5 voltios de la fuente sobre 1 ohmio, ¿fácil verdad?

Ahora encontraremos el valor de la potencia disipada por las resistencias en total y se puede calcular multiplicando el voltaje por el valor de la corriente obtenida anteriormente, el cual son aproximadamente 25 vatios.

Si quieres realizar tu placa pcb de este proyecto profesionalmente y de manera gratuita, he realizado el diagrama de conexiones en la página easyeda para que lo puedes descargar libremente haciendo clic en el enlace que se encuentra en la descripción del video.

Para realizar la prueba experimental ubicamos el transistor tip41 de manera que el terminal emisor quede direccionado hacia las resistencias de potencia, entonces a continuación ubicamos las dos resistencias una al lado de la otra compartiendo ambas las conexiones entre sus terminales.

A continuación, esparciremos un poco de crema disipadora sobre la parte metálica trasera del transistor que también puede usarse como terminal de colector. Y para poder regular la potencia disipada por él, debemos adosar un buen bloque de aluminio de un tamaño considerable.

El terminal emisor deberá ir conectado al nodo que une las dos resistencias y para esto utilizaremos cable de cobre, de alto calibre, entre calibre 12 y 18 si es posible. Para que pueda circular todo el flujo de corriente hacia las resistencias de potencia.

Ahora con los potenciómetros de 20k y de 10k vamos a regular la corriente IB que activará al transistor, entonces conectamos el terminal colector a terminal vcc del potenciómetro de 20k, luego conectamos el terminal out con el terminal ground del mismo. Después conectaremos el terminal ground con el terminal vcc del potenciómetro de 10k.

A continuación, conectamos el terminal ground con el nodo que une al emisor del transistor con las resistencias en paralelo.

Para probar nuestro circuito vamos a hacer uso da la fuente dual que hemos construido en un video anterior, les dejo por aquí el enlace del video.

Ahora conectaremos el terminal positivo de la fuente con el terminal colector del transistor, limitamos la corriente máxima que dejaremos circular para evitar dañar nuestra placa y comenzamos a regular poco a poco la intensidad con el potenciómetro de 20k. Vemos como la corriente va disminuyendo por cada giro que realicemos.

Para probar al límite nuestro circuito vamos a dejar circular por él una corriente de 3ª, esto nos permitirá conocer que tan rápido puede llegar a calentarse las resistencias. Como en este caso que he dejado mucho tiempo circulando corriente y el transistor ha derretido las pistas de la protobard.

Vamos a probar si esta temperatura que ha alcanzado el transistor ha provocado su deterioro, así que, midiendo con el multímetro en la escala de diodo, medimos desde la base hasta el emisor entonces podremos comprobar su estado.

Como muestra el multímetro el voltaje es de 0.1 y debería de ser aproximadamente 0.6 voltios, entonces reemplazamos por uno nuevo nuestro transistor dañado y comprobamos que el transistor tiene un voltaje adecuado que ahora mide 0.6, eso quiere decir que se encuentra en perfecto estado.

Entonces teniendo la placa váquela universal o cualquiera de la que dispongamos vamos a ubicar el puerto usb dejando espacio en la cual pueda quedar cómodo al momento de poder conectarse. Y entonces marcaremos sus conectores de soporte en la placa para después poder perforar unos orificios de manera que pueda introducirse y poder ser soldados. De esta manera lo he realizado con un mototool para agilizar el trabajo.

los puertos usb de este tipo suelen tener dos pines de plástico debajo para ser calzados con dos orificios en la pcb, debemos quitarlos para que los terminales alcancen a pasar de un lado a otro.

De esta manera ya podemos hacer calzar nuestro puerto usb a la pcb, esto es para que quede muy firme y pueda soportar los golpes involuntarios que puedan llegar a suceder.

Soldamos con abundante estaño cada uno de los terminales de soporte uniendo varios pads con ellos así podemos tener una buena rigidez. Después de esto soldamos cada uno de los 4 terminales incluyendo los terminales de alimentación

Debemos de ubicar muy bien nuestro transistor, procurando que quede en el centro del disipador, para esto vamos a centrar el bloque de aluminio y de esta manera podemos marcar los lugares donde debemos perforar los cuatro orificios donde van a ir incrustadas las amarraderas para darle soporte al bloque y que quede bien adosado al transistor.

Entonces doblamos los terminales del transistor dejando la aparte metálica hacia arriba sobre la placa universal, así podrá entrar en contacto con la superficie y transmitir toda la potencia hacia el bloque de aluminio.

Soldamos cada uno de sus terminales y a continuación repetimos el proceso que realizamos ensobre la protobard que es esparcir un poco de crema disipadora sobre la parte metálica del transistor.

Podemos adosar el bloque de aluminio sin protección y no habrá inconvenientes. Pero para este caso protegeré la superficie de contacto con una silicona especial para trasmitir el calor.

Luego insertamos por los orificios que hemos realizado las dos amarraderas de plástico las cuales deben de tener una dominación de 15 cms como mínimo. y las hacemos pasar por los dos orificios faltantes. Después haciendo que las amarraderas formen un arco, vamos a pasar por el medio de las dos el bloque de aluminio cuidadosamente y cuando ya tengamos bien ubicado el bloque podemos sostenerlo y comenzar a alar de las tiras hasta que podamos insertar cada una dentro de los cabezales que ellas mismas poseen. Para luego con un poco de fuerza apretarlas hasta que el bloque quede bien adosado al transistor.

Estas resistencias son cerámicas y pueden llegar a disipar una potencia de hasta 10w cada una, entonces las ubicamos sobre la placa, doblamos sus terminales y después tenerlas en la posiciona adecuada podemos empezar a soldarlas con bastante estaño para que ambas queden con un buen soporte y queden firmes.

Para ubicar los potenciómetros debemos marcar el lugar donde van a ir las perforaciones. Las cuales deben ser un poco alejadas de estos, así de esta manera usando un taladro las he realizado las perforaciones con la dimensión adecuada para que los potenciómetros puedan pasar sin problemas.

Después quitamos la tuerca hasta que podamos llegar a la pestaña de metal que encuentra en el extremo del potenciómetro quitándola con un cortafrío, así no nos impedirá ubicar de manera idónea el potenciómetro sobre la placa. Luego ubicamos las arandelas metálicas que vienen con los potenciómetros y ya podemos apretar la tuerca firmemente que anteriormente hemos zafado.

Recordemos que debemos usar un cable de alto calibre el cual no permitiría dejara circular todo el flujo corriente que el circuito requiera.

Entonces comenzamos a soldar y lo primero será unir el terminal de la fuente positivo con el colector del transistor, después uniéremos el terminal emisor con el nodo que une las resistencias de potencia las cuales irán en paralelo.

Ahora uniremos los extremos de las resistencias de igual manera a con un pequeño trozo de alambre de cobre, y después de este paso uniremos el terminal negativo de la fuente de alimentación con estos extremos que hemos acabado de soldar,

Ahora según el diagrama esquemático vamos a soldar el terminal vcc del potenciómetro de 20k con el terminal colector del transistor o directamente desde el terminal positivo de la fuente. Soldamos el terminal ground del potenciómetro con el terminal vcc del potenciómetro de 10k, ahora el terminal out del potenciómetro de 20k con el terminal vcc del potenciómetro de 10k, continuamos soldando el terminal out del potenciómetro con el terminal base del transistor.

Finalmente, el terminal ground del potenciómetro de 10k lo vamos soldar con el terminal emisor del transistor.

Para poder tener comodidad a la hora de realizar las pruebas de la placa, he construido un pequeño adaptador puerto ubs a bornera con placa universal en fibra de virio.

Entonces traemos los cables de conexión que he construido y también traemos el adaptador que recientemente terminamos.

Traemos nuestra carga resistiva y ya podemos comenzar a realizar las pruebas.

Entonces conectamos a la carga el adaptador con el cable de plug dc a nuestro adaptador con Jack dc.

Ubicamos el multímetro en la escala de medición de diodo y con la ayuda de la termocupla mediremos la temperatura y también cuanto tiempo toma llegar a un valor determinado

Entonces conectaremos la carga resistiva a la fuente de alimentación, en este caso mi fuente dual vamos a dejar pasar por el transistor y las resistencias de potencia una corriente de aproximadamente 2.5 amperios.

inmediatamente la temperatura de las resistencias comienza a aumentar de manera considerable y de menor intensidad en el disipador de aluminio.

Ahora vamos medir la corriente con la ayuda de nuestro multímetro, así que ubicamos las sondas en los terminales de medición de amperios y realizamos un puente solamente girando nuestro conector.

Como podemos comprobar la corriente es en efecto real en el panel de visualización, así que esta carga resistiva construida con pocos materiales y de manera acasera nos ayudará mucho a la hora de comprobar por ejemplo alguna fuente que realizamos en el futuro o muchos dispositivos usb que hoy en dia se encuentran en el mercado.

Solo queda dar los toques finales a nuestra carga para que pueda lucir un poco más a las que hemos buscado en internet y no pase desapercibida. Ubicamos las perillas girando los potenciómetros al mínimo para tener un referente de cual es la parte en donde va el punto de indicación.

Hemos construido una hermosa carga resistiva la cual vamos a usar en próximos videos y por supuesto vamos a usarla en videos en donde podemos comprobar la corriente máxima que nos pueden entregar los cargadores de celulares.