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PaperRelé. Relé controlado por transistor

Descripción

A veces es necesario controlar una carga de potencia (bien en alterna o en continua) a partir de una señal digital de 5 v. Una forma de conseguirlo y además de aislar la zona de 5v y la de alta tensión puede ser mediante la utilización de un relé.
Normalmente los microcontroladores suministran unos 25mA (Arduino hasta 40) pero para poder gobernar con seguridad la bobina de un relé de 5v (80mA) es mejor hacerlo mediante un transistor.


El diodo D1 es necesario para eliminar los picos de corriente producidos por la bobina del relé.
El diodo LED y su resistencia R2 se utilizan como indicadores del estado de la señal de control, en el caso de no necesitarse se pueden eliminar tranquilamente (como por ejemplo al utilizar la salida digital 13 de Arduino).


NOTA1: si se quiere regular la potencia de la carga, (no sólamente encenderla y apagarla), se puede utilizar el circuito  papertrino, publicado anteriormente en http://txapuzas.blogspot.com).


Componentes
  • R1       Resistencia 10K 1/8W (0,02€)
  • R2       Resistencia 1K 1/8W (0,02€)
  • D1       Diodo rectificador 1N4007 (0,02€)
  • TR1     Transistor BC547C (0,02€)
  • J1        Barra de pins de 2,5 hembra (~0,02€)
  • J2        Borna 3P C.I. P=5,08 (0,25€)
  • RL1     Relé 5V 1A G2RL (~1,5€)
  • Placa   trozo Stripboard 15x15 agujeros (~0,6€)
El coste total de componentes es menos de 3€. Los precios son aproximados y del año 2010)

NOTA: Parece ser que la resistencia R1 de 10K es un poco elevada y puede derse el caso de que no lleve al transistor a saturación, si ese es tu caso, puedes sustituir la resistencia R1 de 10K a 4,7K.

Características técnicas
Consumo: ~400mW
Tensión de entrada: 0-5v TTL standard
Intensidad señal de entrada: despreciable (IN)
Tensión máxima salida: 220v (depende del relé)
Intensidad máxima salida: 8A (depende del relé)
(para más detalles ver hojas de características del relé en el archivo zip de descargas)


Realización

Si vas a utilizar este circuito para controlar cargas de 220 V (lámparas, motores, ...), ten cuidado  (¡¡ existe peligro de muerte !!).


El método utilizado para la realización de la placa es con una stripboard (placa de prototipos en linea) y la ayuda de una pegatina. Para lo cual:

1 Descarga el archivo comprimido en zip e imprime el documento "PaperRelé" (lo tienes disponible en varios formatos más abajo, en apartado descargas).



2 Comprueba mediante la regla situada en el margen izquierdo del documento impreso que está a escala 1/1, es decir que la regla mide 230mm de longitud. Si no es así deberás modificar algún parámetro de tu impresora para que la impresión sea a escala natural.

3 Recorta la zona denominada "Pegatina Lado componentes" (Si quieres puedes pegar encima un trozo de "Aeronfix" transparente para protegerlo.



4 Recorta un trozo de Stripboard con las dimensiones de la pegatina.

5 Pega la pegatina sobre el stripboard. Para facilitar el posicionamiento de la pegatina, puedes punzonar con una aguja unos cuantos puntos de inserción, por ejemplo los de las bornas J1 y J2, y colocar en los agujeros practicados las regletas.
Atención: Fíjate en la dirección de las pistas de la stripboard, tienen que ser perpendiculares a las bornas de conexionado.



6 Punzona todos los agujeros de inserción (sobre una superficie blanda, yo utilizo una caja de cartón), que están representados en la pegatina como un punto blanco de 1mm de diámetro. Como la pegatina está a escala (y si está bien pegada) y los agujeros están dispuestos sobre una rejilla de 2,5mm tiene que coincidir un agujero de la stripboard debajo de cada punto de inserción.


Un caso especial son algunos relés, que no tienen la disposición de patillas según la rejilla standard. En este caso creo que lo mejor es agrandar los agujeros del relé en la placa y doblar las patillas del relé.


7 Vete colocando y soldando todos los componentes. Suele ser recomendable soldarlos en este orden:
  1. puentes, zócalos y conectores. 
  2. Resistencias
  3. Condensadores
  4. Diodos y transistores
8 También tienes que eliminar dos zonas en la parte inferior de la placa, una para separar las dos patillas de la bobina del relé y la otra para aislar el tornillo de fijación de la alta tensión. Utiliza la imagen "Lado Cobre" del documento impreso "PaperRelé_v0.pdf" disponible más abajo, en descargas,



Resultado

Tatxan!! ya tenemos la placa lista: Placa vista por arriba

y por abajo (homenaje a Chivas ;-) )


    Ejemplos

    Si vas a utilizar esta placa con Arduino, no se necesita ningún software especial. Siempre que actives la salida digital a la que está conectada la patilla "IN" de la placa el relé se activará, y la carga que tenga conectada también.

    Blink.pde
    Para comprobar el funcionamiento puedes utilizar el ejemplo de Arduino que enciende y apaga un led (disponible en: MenúArduino/File/Examples/Digital/Blink)

    El montaje deberás hacerlo como indica la figura siguiente:

    (En el archivo zip de descargas, en el directorio "Sketches", tienes instrucciones más detalladas)
    Perdonad la mala calidad del video, pero tengo un móvil muy potroso.
    Aunque en el video no haya conectado nada al relé, podeis apreciar que el relé funciona, además de por el diodo led, por el sonido que hace al abrir y cerrar los contactos.



    BlinkModificable.pde
    Este es otro ejemplo suministrado (en el directorio sketches del documento descargable) , que como su nombre indica es una modificación del programa blink pero con dos modos de funcionamiento. Dispone de tres pulsadores, si apretamos el del medio se enciende o apaga el relé, y si pulsamos los laterales el relé pasa a intermitente, aumentando la cadencia si pulsamos el botón de la izquierda del "paperteclado" y disminuyendo si pulsamos el de la derecha. El montaje es el siguiente (puedes utilizar cualquier Arduino compatible):
    (En el directorio Sketches del archivo zip descargado, tienes instrucciones detalladas de montaje.)

    El código es el siguiente:


      /*
      BlinkModificable

     Apaga y enciende un LED repetidamente graduando su intervalo de encendido mediante pulsadores

     EL CIRCUITO
    * 3 Pulsadores Pull-UP (activos a masa) ó PaperTeclado
      - Cable 1 (CableMas-rojo) PaperTeclado con Entrada digital Arduino D4
      - Cable 2 (CableMarcha/Paro) PaperTeclado con Entrada digital Arduino D3
      - Cable 3 (GND) PaperTeclado con conector GND Arduino
      - Cable 4 (+5V) PaperTeclado con conector +5V Arduino
      - Cable 5 (CableMenos) PaperTeclado con Entrada digital Arduino D2
    * LED conectado entre el pin 13 y masa.
      - Nota: La mayoría de las placas Arduino tienen un led conectado al pin 13 de la placa,
              este led es opcional
    * PaperRelé
      - Conector IN PaperRelé conectado con Salida digital Arduino D13
      - Conector +5V PaperRelé conectado con +5V Arduino
      - Conector GND PaperRelé conectado con GND Arduino
       
     Creado el 27 de Agosto de 2010
     Por Iñigo Zuluaga

    http://txapuzas.blogspot.com/
     
    */

    // DEFINICION ENTRADAS/SALIDAS

    int LedPin =  13;         // LED conectado en placa al pin digital 13
    int MenosPin = 2;         // CableMenos PaperTeclado a Entrada dig 2
    int MarchaPin = 3;        // CableMarcha/Paro PaperTeclado a Entrada dig 3
    int MasPin = 4;           // CableMas PaperTeclado a Entrada dig 4

    // DEFINICION DE VARIABLES

    int Temp = 500;           // Tiempo de intervalo de encendido (100-2000 mseg)
    int Estado = 0;           // Estado: 0=apagado, 1=encendido, 2=Pulsando
    boolean ValLedPin = HIGH; // Valor de la salida LedPin13 del Arduino
    int PulsMenos=0;          //
    int PulsMarcha=0;
    int PulsMas=0;

    // FUNCION INICIAL

    void setup()   {              
      // Inicializar las salidas:
      pinMode(LedPin, OUTPUT);  // Se define como entrada el LedPin (es también el Relé) 
      pinMode(MenosPin, INPUT); // Define como entrada el Pulsador Menos
      pinMode(MarchaPin, INPUT);// Define como entrada del Pulsador Marcha/Paro
      pinMode(MasPin, INPUT);   // Define como entrada del Pulsador Más
      Serial.begin(9600);       // Define el puerto Serie
    }

    // CICLO PRINCIPAL

    void loop() {
     
      delay(Temp);                            //Espera el tiempo indicado
      Serial.print("PulsMenos:");
      Serial.print(PulsMenos);
      Serial.print(", PulsMarcha:");
      Serial.print(PulsMarcha);
      Serial.print(", PulsMas:");
      Serial.print(PulsMas);
      Serial.print(", Estado:");
      Serial.print(Estado);
      Serial.print(", Temp:");
      Serial.println(Temp);
     
      // lee el valor de los pulsadores:
      PulsMenos=digitalRead(MenosPin);
      PulsMarcha=digitalRead(MarchaPin);
      PulsMas=digitalRead(MasPin);
      if (Estado==0) {                        // Si está apagado
        if (PulsMarcha==LOW){                 // y se ha pulsado Marcha:
           Estado=1;                          // Define el flag de Estado a 1 (Marcha)
           ValLedPin=HIGH;
           digitalWrite(LedPin,ValLedPin);    // y Enciende el relé
        }
        else if (PulsMenos==LOW){             // Si se ha pulsado menos "<" estando apagado:
          Estado=2;                           // pasa a estado automático
        }
        else if (PulsMas==LOW){               // idem si se ha pulsado ">"
          Estado=2;
        }
      }
      else if (Estado==1) {                        // Si está encendido en modo Manual
        if (PulsMarcha==LOW){                 // y se pulsa el boton Marcha/Paro "-":
           Estado=0;
           ValLedPin=LOW;                    // Se pone en modo Parado
           digitalWrite(LedPin,ValLedPin);   // y se apaga la salida
        }
        else if (PulsMenos==LOW){             // Si en Manual se pulsa Menos "<":
          Estado=2;                           // pasa a estado automático 
        }
        else if (PulsMas==LOW){               // idem si se pulsa Mas ">"
          Estado=2;
        }
      }
      else if (Estado==2) {                        // Si está en modo Automático
        if (PulsMarcha==LOW){                 // y se pulsa Marcha/Paro "-":
           Estado=0;                          // Se pone en modo parado
           ValLedPin=LOW;
           digitalWrite(LedPin,ValLedPin);    // y se apaga la salida
        }
        else if (PulsMenos==LOW){             // Si en automático se pulsa Menos "<":
          Temp=Temp-100;                      // se reduce en 100ms el intervalo
          if (Temp<100){                      // Si el intervalo es muy pequeño
            Temp=100;                         // se impide que se reduzca más
          }
        }
        else if (PulsMas==LOW){               // Si en automático se pulsa Mas ">":
          Temp=Temp+100;                      // se incrementa en 100ms el intervalo
          if (Temp>1500){                     // Si el intervalo es muy grande
            Temp=1500;                        // se impide que aumente más
          }
        }
        else{
          ValLedPin=!ValLedPin;             // Se cambia el estado del valor del Pin de salida
          digitalWrite(LedPin,ValLedPin);   // y se escribe este valor en la salida.     
        }
      }
    }






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    Descargas

    El esquema, descripción e imágenes están disponibles en el siguiente enlace:

    Si tienes problemas con el enlace anterior, aquí puedes descargar todos los archivos de txapuzas

    Notas
    Para la realización de este proyecto se han utilizado los programas: Arduino, Inkscape, Openoffice, Gimp, Picasa, Fritzing
    Si encuentras algún fallo, se te ocurre alguna mejora, o simplemente quieres hacer algún comentario, te lo agradeceré: Gracias :-)

    38 comentarios:

    1. Gracias Viejo !!!

      A ver si con este diseño NO me tiro otro arduino, hace unos días por mi inexperiencia, falta de documentación y pocos conocimientos de electrónica queme mi freeduino.

      Gatoloco65

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    2. Hola,

      estoy haciendo un montaje para controlar un relé con un Arduino FIO que funciona a 3,3V. Utilizo un relé de 5V y lo alimento con esa tensión, pero los 3,3V de la salida digital no me activan el transistor, ¿alguna sugerencia?

      Por cierto, un trabajo impecable tu blog..

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    3. Hola Zigbe31416,

      En principio reduciendo el valor de la resistencia de base del transistor, aumentará la corriente de base del mismo, y ésta se multiplicará por el factor de amplificación del transistor (hfe) y obtendremos Ic. Vamos, que si utilizas una resistencia de 1K es probable que funcione. De todas formas, para poder contestarte correctamente, dime que transistor estás utilizando, y podemos calcularlo.

      Gracias por el comentario

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    4. Buenas, me roto la cabeza montando el paper-rele pero con unos reles del mismo tipo G5LE de 10A y 16A Omron, si no quito el diodo no funciona el circuito, mare mia loco me welto para ver que era el diodo el que hacia fallar todo.

      Sabes porque puede hacer eso el diodo? El arduino lo alimento con una fuente de 1A de 5V

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    5. Hola Lluis.
      Que diodo te falla? El led o el rectificador?

      Si es el rectificador (1N4007), tal vez lo hayas colocado al revés (fíjate en la marca). Sin el rectificador es posible que el relé no se desconecte aunque no le mandes señal.

      Saludos

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    6. Si es el 1N4007, la parte de la rallita del diodo esta en el positivo como en el esquema, me funciona correctamente sin el, he puesto el blink para que no para de abrir y cerrar y no ha fallado.

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    7. Perdona, no fue culpa del 1N4007 el diodo funciona perfectamente, el problema era que no me entregaba suficiente voltaje en la base del transistor, le puse una resistencia de 1k en la base en lugar de 10k y funciona correctamente, no veo que se caliente nada, lo he dejado con blink toda la noche y perfecto con 3 reles independientes pero metidos todos en una protoshield de arduino en mi caso solo tengo que cerrar circuitos, siempre uso el contacto normalmente abierto y pos segundos enciendo un rele cuando necesito resetear por internet un aparato.

      Si alguien lo necesita tengo montada el arduino con una ethershield + el paper rele y se entra a el por web porque tiene metido un pequeño servidor web dentro.

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    8. Que tipo de relé de estado solido para activar 220V se podría utilizar en el papaerduino? ya sabéis,los relés que no hacen ruido

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    9. Hola anónimo,
      Siempre que tenga una entrada que se dispare con 5v y un consumo minimo de 40mA, creo que te podria valer.

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    10. Hola Iñigo, he montado el circuito , y se me presenta un pequeño problemilla, el caso es que si alimento el transistor desde la salida de 5 v todo ok, pero si intento alimentarlo desde una pila directamente, uniendo la tierra, el rele no "despega" ...cual puede ser el problema?

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    11. Hola Ricardo
      ¿El diodo led se activa?

      ¿Que quiere decir no despega?
      1 Que no se activa el relé
      ¿Tiene la pila potencia suficiente?
      2 Que no se desactiva el relé
      A veces pasa si no le pones el diodo 1N4007

      Saludos

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    12. si, lo que quería decir es que no se desactivaba, y si era por el diodo, acabo de probar y funciona todo bien,? me sabrías decir por que pasa eso? que aun sin señal no se desactive?

      muchas gracias por la respuesta y felicidades por el blog muy buen trabajo y de mucha ayuda para los que empezamos en esto. un saludo

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    13. Hola Ricardo
      El relé funciona de la siguiente manera:
      Cuando atraviesa corriente por su bobina, se crea un campo mágnetico. El nucleo de la bobina es de hierro y lo forman pequeños imanes desorientados, y al aplicar corriente estos se orientan en una misma dirección.
      Al cesar la corriente vuelven bruscamente a su posición en reposo, generando una corriente inversa (de intensidad baja pero mucha tensión). El diodo tiene como misión impedir que estos picos de tensión estropeen el transistor.
      A veces, al abrir el circuito (transistor), la energía acumulada en la bobina es mayor que la fuerza del muelle del relé, y no dejamos que se descargue la bobina. Con un diodo en antiparalelo con la bobina , lo que hacemos es permitir que esa energía se libere.

      Bueno, toda esta txapa es un poco "acientífica", pero creo explica el fenómeno.

      Saludos

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    14. Hola, como creo que sabes estoy haciendo la "txapucnc" y llegó la hora de hacer el PaperRelé, por problemas agenos a mi (me querian cobrar por un relé de 5v 4€) he decidido hacer el paperrelé con un relé de 12v... yo creo que funcionaria perfectamente siempre que lo alimente con 12v en vez de 5v , o habría algún problema que yo no "vea" ?

      un saludo y gracias por la ayuda

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    15. Hola Mister_geek

      No debería suponer ningún problema el utilizar un relé de 12v (si lo alimentas a 12v). Incluso como la resistencia del led (R2) está sobredimensionada para 5v te puede valer para 12v.

      12v o---/\/\/\----|>|----o 0V

      Suponiendo el LED de 15mA y 2,2v=>

      R =V/I=(12-2,2)/15=9,8/15=0,65K (para brillo máximo) como tiene 1K te vale (No obstante, si quieres, puedes subir su valor a 2,2K para que no consuma mucho).

      (Puedes mirar los cálculos más detallados en PaperLed)

      Saludos (y ya comentarás como te funciona la fresadora)

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    16. Gracias de nuevo, estamos en contacto ;)

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    17. Hola que tal Iñigo quisiera hacer dos comentarios el primero acabo de ensamblar mi txapucnc con algunas modificaciones y me gustaria compartirte las modificaciones y la segunda es que no puedo hechar andar el papper reley cuando mando los pulsos no hace nada me podrias ayudar te lo agradeceria mucho

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    18. Cuando mandas una señal al relé el transistor conmuta (el led se enciende) ? lo puedes comprobar con un tester. Si no te funciona, puede ser o que el transistor esté estropeado, o que la ganancia de éste sea reducida para la carga del relé, en este caso puedes intentar reducir el valor de la resistencia de base R2 a unos 4K6 o incluso 2K.

      Saludos

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    19. Hola, esta es de las webs mas utiles que he encontrado.

      ¿Tendria porblemas de disparo si coloco varias placas de estas en paralelo, es decir, todas a los mismos 5v y misma gnd? (sin LED ni Res).
      La ide a es hacer una placa como MicroPaperRele pero para cargas de 220V como bombillas.

      Gracias.

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    20. Hola Rul
      Este circuito puede controlar sin problemas bombillas de 220v hasta 8A (dependiendo del relé), es decir unos 1700W por Relé.
      Si quieres alimentar los relés con los 5 voltios de Arduino, debes tener en cuenta que no es conveniente consumir más de unos 500 mA del regulador de la placa, para que no se caliente es exceso, es decir podrías conectar unos 6 relés. Si necesitas más, te aconsejo que los alimentes con otra fuente de alimentación (por ejemplo la de un PC viejo, que puede suministrar más de 10 Amperios a 5v).

      Saludos

      ResponderEliminar
      Respuestas
      1. Hola Iñigo
        Querría saber lo que hacer si tengo un relé más pequeño y con otro patillaje.
        ¿Qué hago?¿le pongo puentes?

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      2. Hola Nel
        Fijándote en el esquema, podrías intentar mediante puentes adaptar la placa a las conexiones de tu relé.

        Saludos

        Eliminar
    21. Hola Iñigo,
      Primero de todo, felicidades por tus paper..., muuuuy currados.

      Una pregunta, quiero controlar un motor de juguete (5V, 2W) de CC (el típico de coches teledirigidos baratos). Me sirve este circuito pero cambiando el relé por el motor i utilizando como salida un pin PWD?

      He visto otros paper para controlar motores, pero el mío es muuuy pequeño, y quiero utilizar el mínimo de hard posible.

      Otra pregunta es como poder controlar el sentido de giro.

      Se que todo esto lo podría hacer con servos, pero no tengo ninguno, y en cambio dispongo de muchos motores "normales".

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      Respuestas
      1. Hola Pedroooo
        Para un motor de 5V, 2W, el transistor debe soportar =>
        W=IxV: 2W=Ix5V => I=2/5=0,4A=400mA.

        El transistor BC547 no aguanta más 100mA, creo que deberías utilizar otro transistor, podrías utilizar un BS170 que aguanta hasta 500mA en continúa (es el que utilizo en el Clema Relé), y como es mosfet, no necesitas ni resistencia de polarización. Para motores más grandes puedes utilizar el IRL540N que aguanta hasta 30A (Lo utilizo en PaperATtinyMosfet).
        Utilizando un transistor, sólamente haces que el motor se mueva en un sentido (con la modulación del pulso puedes controlar su velocidad).
        Para controlar el sentido de giro debes cambiar la polarización del motor, y ésto sólo lo puedes conseguir con un circuito denominado "Puente H", con 4 transistores. Una forma sencilla es mediante el chip L293D, que tiene en su interior 2 "puentes H" y puedes así controlar el sentido de giro y velocidad de dos motores de corriente continua.

        Tienes información en:
        http://www.hispavila.com/3ds/atmega/motorescc.html
        (si usas la versión del chip L293D, éste ya tiene incorporados los diodos de protección y no son necesarios)

        Saludos

        Eliminar
    22. Hola Iñigo, es impresionante el trabajo que estas haciendo con el blog, todo muy sencillo de hacer para los que no entendemos mucho de electronica.

      Estoy intentando hacer el paperRele y tengo por aqui un rele modelo G5SB-14 y no tengo muy claro si sirve para este proyecto. la verdad es que no tengo ni idea de estas cosas, pero me he aventurado con la CNC.

      http://www.omron.com/ecb/products/pry/121/g5sb.html

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      Respuestas
      1. Hola kalidem
        ¿De que tensión es el relé?

        En principio, si es de 5v vale perfectamente y no es necesario modificar el circuito, para otra tensión habría que aumentar el valor de la resistencia del LED.

        SL2

        Eliminar
      2. Hola de nuevo, si te digo la verdad no tengo ni idea de cual es la tension del relé, no estoy muy puesto en temas de electronica.

        He visto la hoja de datos y sinceramente no entiendo nada.

        http://www.omron.com/ecb/products/pdf/en-g5sb.pdf

        Eliminar
      3. Hola kalidem

        mira la serigrafía del relé, según el manual (pag 157) los últimos dígitos te indican la tensión de la bobina:
        G5SB-xxx VDC

        (pueden ser de 5,9,12,24 volts)

        SL2

        Eliminar
    23. Hola Iñigo, gracias por responder tan rapido, veo en el relé que es de 5 VDC, deveria de funcionar.

      gracias

      ResponderEliminar
    24. como es posible que usando los mismos componentes y mismo esquma no me ponga en marcha el rele???he cambiado resistencias...incluso he quitado el diodo de protección...
      La única manera que me funciona el rele es,dandole desde arduino 5v directamente. No me lo explico....

      ResponderEliminar
    25. Hola Iñigo, soy sergio desde argentina.
      te hago una consulta ya que no se mucho de electronica y no quiero meter la pata. compre un arduino mega y me vino con un rele songle srd-05vdc-sl-c y compre unos reles songle src-05vdc-sh y hjr 1-2c d-05v, la idea es controlar artefactos de 220v, me sirven esos rele?

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    26. Excelente trabajo gracias. me saco de un apuro

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    27. Hola. tengo una duda
      Puedo usar un rele de estado sólido para de 24 voltios, para salida en alterna, con una carga continua?

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    28. Una consulta Iñigo, si la alimentación del rele tanto del transistor provienen del arduino, ¿por qué es mas estable que si no usara el transistor?
      Mi pregunta surge de que he tenido problemas con los transistores, que al quemarse dejan inutilizable el circuito. (claro que no deberían quemarse jaja)
      En otras palabras, si la alimentación de 5v fuese externa el arduino solo controlaría el transistor, sin importar cuanta energia requiera el o los reles para funcionar. Pero al ser el arduino quien aporta la energía... realmente cambia? o puedo prescindir del transistor?

      Desde ya gracias por todo! sos una gran inspiración!

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    29. Hola Iñigo! Una consulta. Es normal que el LED en lugar de apagarse quede con una luz tenue? como si persistiera una mínima circulación de corriente. Por lo demás el circuito anda perfectamente abriendo y cerrando el relé.
      Un saludo desde Argentina!

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