Zener: resistencia limitadora y carga

Como es muy importante el  tema del diodo Zener y su forma de regular, he decidido hacer éste nuevo post con un pequeño ejercicio, para demostrar mejor cómo encontrar una resistencia limitadora que se ajuste a lo que el circuito de carga nos pide.

Sabemos que el zener nos sirve de regulador y estabilizador de tensión en ciertas condiciones, sobre todo para circuitos de bajo consumo en fuentes de alimentación, y no se puede jugar con corrientes muy altas. Vamos a suponer un circuito de aplicación muy común, donde hemos sacado la onda del filtro con un nivel de continua de 12 voltios, pero queremos que nuestro circuito se alimente con 5, un circuito cuyo consumo equivale a una resistencia de 400 ohmios.

zener

 

Como veis el zener es de 5V1 y supongamos que los datos del fabricante son: necesita una corriente mínima de 5 mA y tiene una potencia máxima de 1/4 de watio, 250 mW. Además vamos a ser “pijoteros”, y vamos a incluir un diodo LED cuya corriente es de 20 mA y su cdt de 2V en paralelo al Zener y a la carga, por supuesto con su debida resistencia limitadora.

En primer lugar, sabemos que en el cátodo del zener cuando esté activo habrán 5 voltios, y supondremos que está activo siempre, porque para eso está. Y nombraremos unas corrientes: la corriente que pasa por la resistencia limitadora hasta el nudo del cátodo, y de ése nudo salen la corriente de zener, la corriente del LED y la corriente de la carga.

Ilim = Iz + Il + Ic

La corriente en la resistencia limitadora nos la sabemos todos, se supone:

Ilim = (Vin – Vz )/RL

Donde RL es nuestra incógnita y lo que nos interesa de éste ejemplo.

Il también la sabemos, 20 mA.

La corriente en la carga tampoco es nada complicada:

Ic = Vz/Rc

¿Y la corriente en el zener? ¡Hay dos posibles! Tendremos que calcular ambas y con ello obtendremos los valores máximo y mínimo de la resistencia limitadora. Primero:

Izmin = 5 mA, obtendremos la resistencia limitadora máxima.

(12-5)/RL = 20 + 5 + 5/0,4

RL máx = 186 ohm

Izmax se obtiene de la potencia máxima del zener: 50 mA

(12-5)/RL = 20 + 50 + 5/0,4

RL mín = 84 ohm

Ahora seleccionamos un valor normalizado entre esos dos, y ya tenemos el valor de la resistencia limitadora. La más ajustada en éste caso es de unos 100 ohmios.

Ahora bien, la resistencia limitadora lleva consigo el  problema de que su potencia nominal es importante, pues si la carga se cortocircuita el zener no regula y no hay caída de tensión en él. Se calcula muy sencillamente mediante las fórmulas de potencia:

P = V^2/R = 12^2/100 = 1,44 W

Nos tenemos que asegurar de que la potencia nominal de la resistencia es de más de 1’4 watios.

Escritura en LCD

Continuamos con el “cursillo” de PIC en C con algo que he conseguido simular hoy. Tan simple como utilizar funciones predefinidas en una librería y tan importante como otra nueva salida al exterior de la información que maneja nuestro PIC. Se trata de escribir en una LCD un par de frases y un relojito. Algo tal que así aunque luego me ocuparé de mejorarlo:

lcd

 

Como no se ve muy bien, he conectado RB0 al pin Enable (6), RB1 a RS(4) y RB2 a RW(5).

La configuración de la alimentación de la LCD es la siguiente: alimentamos directamente VDD y ponemos VSS a tierra. VEE es el control del contraste de nuestra pantalla (que en simulación no funciona). Tomamos de VDD a un potenciómetro (normalmente de 10K Ohm) y conectamos el pin intermedio (el variable) a VEE. El otro extremo del potenciómetro va a tierra.

En programación: hay que declarar qué puerto usar antes de añadir la librería, en éste caso he utilizado la lcd.c que viene por defecto en CCS, aunque existen por internet versiones flex_lcd.c en las que defines los pines uno a uno. Allá vamos. También hay dos formas de controlar el LCD: por 8 o 4 bits. He utilizado la configuración de 8. La LCD es de 2×16. 16 caracteres y 2 líneas.

#include <16f84a.h>
#use delay(clock=4000000)
#fuses NOWDT,NOPROTECT
#define LCD_DATA_PORT getenv("SFR:PORTB") //Se define el puerto B como datos
#include <lcd.c> //incluimos la librería por defecto
int i; //variable que utilizaremos para contar segundos
void main(){
 lcd_init(); //Éste comando inicializa la LCD automáticamente
 delay_ms(20); //*1
 i=0; //inicializamos variable a 0
 while(1){
 lcd_putc("\fHola mundo"); //limpia la pantalla y escribe Hola mundo
 lcd_gotoxy(1,2); //baja a primer caracter segunda linea
 printf(lcd_putc,"By jmth %ds",i); //imprime By jmth y la variable entera i
 delay_ms(1000); //retardo de 1s
 i++; //subimos 1 a la var
 if(i>60) i=0; //si pasa de 1 min que vuelva a 0
 }
}
//*1: En usos reales se deberá hacer un pequeño delay entre cada instrucción
// debido a lo que tarda el controlador de LCD en procesar cada una

También cabe añadir las otras 2 funciones de putc o printf, \b, que retrocede un caracter, y \n, que pasa a la siguiente línea. Si no tenéis la librería lcd.c aquí la dejo:

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//// LCD.C ////
//// Driver for common LCD modules ////
//// ////
//// lcd_init() Must be called before any other function. ////
//// ////
//// lcd_putc(c) Will display c on the next position of the LCD. ////
//// The following have special meaning: ////
//// \f Clear display ////
//// \n Go to start of second line ////
//// \b Move back one position ////
//// ////
//// lcd_gotoxy(x,y) Set write position on LCD (upper left is 1,1) ////
//// ////
//// lcd_getc(x,y) Returns character at position x,y on LCD ////
//// ////
//// CONFIGURATION ////
//// The LCD can be configured in one of two ways: a.) port access or ////
//// b.) pin access. Port access requires the entire 7 bit interface ////
//// connected to one GPIO port, and the data bits (D4:D7 of the LCD) ////
//// connected to sequential pins on the GPIO port. Pin access ////
//// has no requirements, all 7 bits of the control interface can ////
//// can be connected to any GPIO using several ports. ////
//// ////
//// To use port access, #define LCD_DATA_PORT to the SFR location of ////
//// of the GPIO port that holds the interface, -AND- edit LCD_PIN_MAP ////
//// of this file to configure the pin order. If you are using a ////
//// baseline PIC (PCB), then LCD_OUTPUT_MAP and LCD_INPUT_MAP also must ////
//// be defined. ////
//// ////
//// Example of port access: ////
//// #define LCD_DATA_PORT getenv("SFR:PORTD") ////
//// ////
//// To use pin access, the following pins must be defined: ////
//// LCD_ENABLE_PIN ////
//// LCD_RS_PIN ////
//// LCD_RW_PIN ////
//// LCD_DATA0 ////
//// LCD_DATA1 ////
//// LCD_DATA2 ////
//// LCD_DATA3 ////
//// LCD_DATA4 ////
//// ////
//// Example of pin access: ////
//// #define LCD_ENABLE_PIN PIN_E0 ////
//// #define LCD_RS_PIN PIN_E1 ////
//// #define LCD_RW_PIN PIN_E2 ////
//// #define LCD_DATA0 PIN_D4 ////
//// #define LCD_DATA1 PIN_D5 ////
//// #define LCD_DATA2 PIN_D6 ////
//// #define LCD_DATA3 PIN_D7 ////
//// ////
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//// (C) Copyright 1996,2009 Custom Computer Services ////
//// This source code may only be used by licensed users of the CCS C ////
//// compiler. This source code may only be distributed to other ////
//// licensed users of the CCS C compiler. No other use, reproduction ////
//// or distribution is permitted without written permission. ////
//// Derivative programs created using this software in object code ////
//// form are not restricted in any way. ////
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
typedef struct 
{ // This structure is overlayed
 BOOLEAN enable; // on to an I/O port to gain
 BOOLEAN rs; // access to the LCD pins.
 BOOLEAN rw; // The bits are allocated from
 BOOLEAN unused; // low order up. ENABLE will
 int data : 4; // be LSB pin of that port.
 #if defined(__PCD__) // The port used will be LCD_DATA_PORT.
 int reserved: 8;
 #endif
} LCD_PIN_MAP;
#if defined(__PCB__)
 // these definitions only need to be modified for baseline PICs.
 // all other PICs use LCD_PIN_MAP or individual LCD_xxx pin definitions.
/* EN, RS, RW, UNUSED, DATA */
 const LCD_PIN_MAP LCD_OUTPUT_MAP = {0, 0, 0, 0, 0};
 const LCD_PIN_MAP LCD_INPUT_MAP = {0, 0, 0, 0, 0xF};
#endif
#ifndef LCD_ENABLE_PIN
 #define lcd_output_enable(x) lcdlat.enable=x
 #define lcd_enable_tris() lcdtris.enable=0
#else
 #define lcd_output_enable(x) output_bit(LCD_ENABLE_PIN, x)
 #define lcd_enable_tris() output_drive(LCD_ENABLE_PIN)
#endif
#ifndef LCD_RS_PIN
 #define lcd_output_rs(x) lcdlat.rs=x
 #define lcd_rs_tris() lcdtris.rs=0
#else
 #define lcd_output_rs(x) output_bit(LCD_RS_PIN, x)
 #define lcd_rs_tris() output_drive(LCD_RS_PIN)
#endif
#ifndef LCD_RW_PIN
 #define lcd_output_rw(x) lcdlat.rw=x
 #define lcd_rw_tris() lcdtris.rw=0
#else
 #define lcd_output_rw(x) output_bit(LCD_RW_PIN, x)
 #define lcd_rw_tris() output_drive(LCD_RW_PIN)
#endif
#ifndef LCD_DATA_PORT
 #if defined(__PCB__)
 #define LCD_DATA_PORT 0x06 //portb
 #define set_tris_lcd(x) set_tris_b(x)
 #elif defined(__PCM__)
 #define LCD_DATA_PORT getenv("SFR:PORTD") //portd
 #elif defined(__PCH__)
 #define LCD_DATA_PORT getenv("SFR:PORTD") //portd
 #elif defined(__PCD__)
 #define LCD_DATA_PORT getenv("SFR:PORTD") //portd
 #endif 
#endif
#if defined(__PCB__)
 LCD_PIN_MAP lcd, lcdlat;
 #byte lcd = LCD_DATA_PORT
 #byte lcdlat = LCD_DATA_PORT
#elif defined(__PCM__)
 LCD_PIN_MAP lcd, lcdlat, lcdtris;
 #byte lcd = LCD_DATA_PORT
 #byte lcdlat = LCD_DATA_PORT
 #byte lcdtris = LCD_DATA_PORT+0x80
#elif defined(__PCH__)
 LCD_PIN_MAP lcd, lcdlat, lcdtris;
 #byte lcd = LCD_DATA_PORT
 #byte lcdlat = LCD_DATA_PORT+9
 #byte lcdtris = LCD_DATA_PORT+0x12
#elif defined(__PCD__)
 LCD_PIN_MAP lcd, lcdlat, lcdtris;
 #word lcd = LCD_DATA_PORT
 #word lcdlat = LCD_DATA_PORT+2
 #word lcdtris = LCD_DATA_PORT-0x02
#endif
#ifndef LCD_TYPE
 #define LCD_TYPE 2 // 0=5x7, 1=5x10, 2=2 lines
#endif
#ifndef LCD_LINE_TWO
 #define LCD_LINE_TWO 0x40 // LCD RAM address for the second line
#endif
BYTE const LCD_INIT_STRING[4] = {0x20 | (lcd_type << 2), 0xc, 1, 6};
 // These bytes need to be sent to the LCD
 // to start it up.

BYTE lcd_read_nibble(void);
BYTE lcd_read_byte(void)
{
 BYTE low,high;
#if defined(__PCB__)
 set_tris_lcd(LCD_INPUT_MAP);
 #else
 #if (defined(LCD_DATA0) && defined(LCD_DATA1) && defined(LCD_DATA2) && defined(LCD_DATA3))
 output_float(LCD_DATA0);
 output_float(LCD_DATA1);
 output_float(LCD_DATA2);
 output_float(LCD_DATA3);
 #else
 lcdtris.data = 0xF;
 #endif
 #endif
 
 lcd_output_rw(1);
 delay_cycles(1);
 lcd_output_enable(1);
 delay_cycles(1);
 high = lcd_read_nibble();
 
 lcd_output_enable(0);
 delay_cycles(1);
 lcd_output_enable(1);
 delay_us(1);
 low = lcd_read_nibble();
 
 lcd_output_enable(0);
#if defined(__PCB__)
 set_tris_lcd(LCD_INPUT_MAP);
 #else
 #if (defined(LCD_DATA0) && defined(LCD_DATA1) && defined(LCD_DATA2) && defined(LCD_DATA3))
 output_drive(LCD_DATA0);
 output_drive(LCD_DATA1);
 output_drive(LCD_DATA2);
 output_drive(LCD_DATA3);
 #else
 lcdtris.data = 0x0;
 #endif
 #endif
return( (high<<4) | low);
}
BYTE lcd_read_nibble(void)
{
 #if (defined(LCD_DATA0) && defined(LCD_DATA1) && defined(LCD_DATA2) && defined(LCD_DATA3))
 BYTE n = 0x00;
/* Read the data port */
 n |= input(LCD_DATA0);
 n |= input(LCD_DATA1) << 1;
 n |= input(LCD_DATA2) << 2;
 n |= input(LCD_DATA3) << 3;
 
 return(n);
 #else
 return(lcd.data);
 #endif
}
void lcd_send_nibble(BYTE n)
{
 #if (defined(LCD_DATA0) && defined(LCD_DATA1) && defined(LCD_DATA2) && defined(LCD_DATA3))
 /* Write to the data port */
 output_bit(LCD_DATA0, BIT_TEST(n, 0));
 output_bit(LCD_DATA1, BIT_TEST(n, 1));
 output_bit(LCD_DATA2, BIT_TEST(n, 2));
 output_bit(LCD_DATA3, BIT_TEST(n, 3));
 #else 
 lcdlat.data = n;
 #endif
 
 delay_cycles(1);
 lcd_output_enable(1);
 delay_us(2);
 lcd_output_enable(0);
}
void lcd_send_byte(BYTE address, BYTE n)
{
 lcd_output_rs(0);
 while ( bit_test(lcd_read_byte(),7) ) ;
 lcd_output_rs(address);
 delay_cycles(1);
 lcd_output_rw(0);
 delay_cycles(1);
 lcd_output_enable(0);
 lcd_send_nibble(n >> 4);
 lcd_send_nibble(n & 0xf);
}
void lcd_init(void) 
{
 BYTE i;
#if defined(__PCB__)
 set_tris_lcd(LCD_OUTPUT_MAP);
 #else
 #if (defined(LCD_DATA0) && defined(LCD_DATA1) && defined(LCD_DATA2) && defined(LCD_DATA3))
 output_drive(LCD_DATA0);
 output_drive(LCD_DATA1);
 output_drive(LCD_DATA2);
 output_drive(LCD_DATA3);
 #else
 lcdtris.data = 0x0;
 #endif
 lcd_enable_tris();
 lcd_rs_tris();
 lcd_rw_tris();
 #endif
lcd_output_rs(0);
 lcd_output_rw(0);
 lcd_output_enable(0);
 
 delay_ms(15);
 for(i=1;i<=3;++i)
 {
 lcd_send_nibble(3);
 delay_ms(5);
 }
 
 lcd_send_nibble(2);
 for(i=0;i<=3;++i)
 lcd_send_byte(0,LCD_INIT_STRING[i]);
}
void lcd_gotoxy(BYTE x, BYTE y)
{
 BYTE address;
if(y!=1)
 address=LCD_LINE_TWO;
 else
 address=0;
 
 address+=x-1;
 lcd_send_byte(0,0x80|address);
}
void lcd_putc(char c)
{
 switch (c)
 {
 case '\f' : lcd_send_byte(0,1);
 delay_ms(2);
 break;
 
 case '\n' : lcd_gotoxy(1,2); break;
 
 case '\b' : lcd_send_byte(0,0x10); break;
 
 default : lcd_send_byte(1,c); break;
 }
}
 
char lcd_getc(BYTE x, BYTE y)
{
 char value;
lcd_gotoxy(x,y);
 while ( bit_test(lcd_read_byte(),7) ); // wait until busy flag is low
 lcd_output_rs(1);
 value = lcd_read_byte();
 lcd_output_rs(0);
 
 return(value);
}