Nivel: Medio | Construye un circuito de relé accionado por transistor para controlar automáticamente una bomba de agua usando un interruptor de flotador.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un controlador automático de bomba de depósito. El circuito utiliza un interruptor de flotador mecánico para activar un transistor NPN, el cual energiza un relé electromecánico para accionar una bomba de CC de alta corriente (simulada aquí como una carga resistiva) y un LED de estado.

Por qué es útil:
* Automatiza la gestión del nivel de agua en tanques, depósitos y sumideros.
* Aísla de forma segura los circuitos de control de bajo voltaje de las cargas de alta potencia.
* Demuestra la interconexión práctica de sensores mecánicos simples con electrónica de potencia.
* Previene condiciones de desbordamiento o funcionamiento en seco en entornos industriales y agrícolas.

Resultado esperado:
* Al cerrar el interruptor de flotador se aplica un voltaje a la base del transistor, encendiéndolo (saturación).
* El transistor absorbe corriente para la bobina del relé, energizándola y cerrando su contacto normalmente abierto (NO).
* La bomba de CC simulada (resistencia de carga) recibe todo el voltaje de alimentación.
* El LED indicador de estado se ilumina cuando la bomba está activa.
* Al soltar el interruptor se desenergiza el relé, y el diodo flyback disipa de forma segura el pico de voltaje inductivo de la bobina.

Público objetivo: Estudiantes de electrónica de nivel intermedio que aprenden sobre conmutación de transistores, relés electromecánicos y protección de cargas inductivas.

Materiales

• V1: fuente de alimentación de 12 V CC, función: alimentación principal para la bobina del relé y la bomba
• V2: fuente de alimentación de 5 V CC, función: alimentación lógica de control para el interruptor de flotador
• SW1: interruptor SPST, función: interruptor de flotador simulado o sensor de nivel alto
• R1: resistencia de 1 kΩ, función: limitación de corriente de base del transistor
• R2: resistencia de 10 kΩ, función: pull-down para la base del transistor para asegurar el apagado
• R3: resistencia de 1 kΩ, función: limitación de corriente del LED
• RLOAD: resistencia de alta potencia de 50 Ω, función: carga de bomba de CC simulada
• Q1: transistor NPN 2N2222, función: controlador de la bobina del relé
• D1: diodo 1N4007, función: protección flyback para la bobina del relé
• D2: LED verde, función: indicador de estado de la bomba
• K1: relé SPDT de 12 V, función: interruptor electromecánico para la bomba

Guía de conexionado

• V1 se conecta entre el nodo VCC12 y el nodo 0.
• V2 se conecta entre el nodo VCC5 y el nodo 0.
• SW1 se conecta entre el nodo VCC5 y el nodo SENSE.
• R1 se conecta entre el nodo SENSE y el nodo VB.
• R2 se conecta entre el nodo VB y el nodo 0.
• La base de Q1 se conecta al nodo VB, el emisor se conecta al nodo 0, y el colector se conecta al nodo COIL_NEG.
• La bobina de K1 se conecta entre el nodo VCC12 y el nodo COIL_NEG.
• El contacto COM (Común) de K1 se conecta al nodo VCC12.
• El contacto NO (Normalmente Abierto) de K1 se conecta al nodo LOAD_SW.
• El cátodo de D1 se conecta al nodo VCC12 y el ánodo se conecta al nodo COIL_NEG (colocado en antiparalelo a la bobina del relé).
• RLOAD se conecta entre el nodo LOAD_SW y el nodo 0.
• R3 se conecta entre el nodo LOAD_SW y el ánodo de D2.
• El cátodo de D2 se conecta al nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

VCC5 --> [ SW1 ] --(SENSE)--> [ R1 ] --(VB)--> [ Q1:B ]
                                              |          |
                                            [ R2 ]       |
                                              |          |
                                             GND         |
                                                         |
      VCC12 --> [ K1 Coil || D1(Rev) ] --(COIL_NEG)--> [ Q1:C ] --( )-- [ Q1:E ] --> GND
                       |
                (Magnetic Link)
                       v
      VCC12 --> [ K1 Switch (COM->NO) ] --(LOAD_SW)--> [ RLOAD (Pump) ] --> GND
                                              |
                                              +------> [ R3 ] --> [ D2 (LED) ] --> GND

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

1. Prueba de lógica de control: Con SW1 abierto, mide el voltaje en el nodo SENSE. Debería ser 0 V. Cierra SW1 y verifica que el voltaje suba a 5 V.
2. Verificación del control de base: Mide el voltaje en el nodo VB con SW1 cerrado. Debería marcar aproximadamente 0.7 V, confirmando que la unión base-emisor de Q1 está polarizada en directa.
3. Verificación de conmutación de la bobina: Mide el nodo COIL_NEG. Cuando SW1 esté abierto, debería medir 12 V. Cuando SW1 esté cerrado, debería caer a casi 0 V (Vce_sat del transistor), confirmando que la bobina está energizada.
4. Prueba de entrega a la carga: Mide el voltaje en el nodo LOAD_SW. Verifica que marque 0 V cuando el relé esté apagado, y que salte a 12 V cuando el relé se active (haga clic). Comprueba que RLOAD consume corriente y D2 se ilumina.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Automatic Reservoir Pump Controller
.width out=256

* Power Supplies
V1 VCC12 0 DC 12
V2 VCC5 0 DC 5

* Simulated Float Switch (SW1)
* Using a voltage-controlled switch and a pulse source to simulate a user/sensor triggering the switch
V_SW_CTRL SW_CTRL 0 PULSE(0 5 50u 1u 1u 200u 500u)
S1 VCC5 SENSE SW_CTRL 0 myswitch

* Base driving circuit
R1 SENSE VB 1k
R2 VB 0 10k

* Relay Driver Transistor
Q1 COIL_NEG VB 0 2N2222MOD

* Relay Coil (K1)
* ... (truncated in public view) ...

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* Automatic Reservoir Pump Controller
.width out=256

* Power Supplies
V1 VCC12 0 DC 12
V2 VCC5 0 DC 5

* Simulated Float Switch (SW1)
* Using a voltage-controlled switch and a pulse source to simulate a user/sensor triggering the switch
V_SW_CTRL SW_CTRL 0 PULSE(0 5 50u 1u 1u 200u 500u)
S1 VCC5 SENSE SW_CTRL 0 myswitch

* Base driving circuit
R1 SENSE VB 1k
R2 VB 0 10k

* Relay Driver Transistor
Q1 COIL_NEG VB 0 2N2222MOD

* Relay Coil (K1)
* Modeled as a series resistor and inductor
R_K1 VCC12 K1_COIL_INT 400
L_K1 K1_COIL_INT COIL_NEG 10mH

* Flyback Diode
D1 COIL_NEG VCC12 1N4007MOD

* Relay Contacts (K1 NO)
* The switch closes when the voltage across the coil (VCC12 - COIL_NEG) exceeds 8V
S_RELAY VCC12 LOAD_SW VCC12 COIL_NEG relay_sw

* Simulated Pump Load
RLOAD LOAD_SW 0 50

* Status LED
R3 LOAD_SW D2_A 1k
D2 D2_A 0 DLED

* Models
.model myswitch SW(vt=2.5 vh=0.5 ron=0.1 roff=10MEG)
.model relay_sw SW(vt=8 vh=1 ron=0.05 roff=100MEG)
.model 2N2222MOD NPN(IS=1E-14 VAF=100 BF=200 IKF=0.3 XTB=1.5 BR=3 CJC=8E-12 CJE=25E-12 TR=100E-9 TF=400E-12 ITF=1 VTF=2 XTF=3 RB=10)
.model 1N4007MOD D(IS=7.02767n RS=0.0341512 N=1.80803 EG=1.11 XTI=3.0 BV=1000 IBV=5e-08 CJO=1e-11 VJ=0.7 M=0.5 FC=0.5 TT=1e-07)
.model DLED D(IS=1e-20 N=2.2 RS=2.5 BV=5 IBV=10u CJO=50p)

* Analysis Commands
.op
.tran 1u 500u
.print tran V(SENSE) V(LOAD_SW) V(COIL_NEG) V(VB) I(L_K1)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: The transient analysis spans 0 s to 500 us and captures the switching interval. The switching node and inductor current remain bounded, consistent with the flyback path protecting the switch. Main ranges: l_k1#branch -7.86 uA -> 29.9 mA; v(coil_neg) 9.89 mV -> 12.7 V; v(load_sw) 6 uV -> 12 V.

Show raw data table (961 rows)

Index   time            v(sense)        v(load_sw)      v(coil_neg)     v(vb)           l_k1#branch
0	0.000000e+00	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.403801e-11
1	1.000000e-08	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.403803e-11
2	2.000000e-08	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.403801e-11
3	4.000000e-08	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.403795e-11
4	8.000000e-08	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.403772e-11
5	1.600000e-07	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.403654e-11
6	3.200000e-07	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.403033e-11
7	6.400000e-07	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.400598e-11
8	1.280000e-06	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.398528e-11
9	2.280000e-06	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.403534e-11
10	3.280000e-06	5.494077e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.401174e-11
11	4.280000e-06	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.394780e-11
12	5.280000e-06	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.402136e-11
13	6.280000e-06	5.494077e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.408634e-11
14	7.280000e-06	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.401469e-11
15	8.280000e-06	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.399217e-11
16	9.280000e-06	5.494077e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.399919e-11
17	1.028000e-05	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.393646e-11
18	1.128000e-05	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.397704e-11
19	1.228000e-05	5.494077e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.408121e-11
20	1.328000e-05	5.494077e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.402567e-11
21	1.428000e-05	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.395460e-11
22	1.528000e-05	5.494076e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.400449e-11
23	1.628000e-05	5.494077e-03	5.999997e-06	1.200000e+01	4.994626e-03	2.399821e-11
... (937 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

• Falta del diodo flyback (D1): Cuando el relé se apaga, el colapso del campo magnético en la bobina genera un pico de voltaje masivo. Sin D1 para proporcionar un camino de descarga seguro, este pico destruirá instantáneamente Q1. Coloca siempre D1 polarizado en inversa a través de la bobina.
• Corriente de base insuficiente: Si R1 es demasiado grande, Q1 operará en su región lineal en lugar de saturarse completamente. Esto hará que el transistor se sobrecaliente y es posible que el relé no se accione de manera confiable. Asegúrate siempre de que R1 proporcione suficiente corriente de base (Ib) para la corriente de colector (Ic) requerida.
• Contactos del relé subdimensionados: Los motores y bombas consumen una enorme corriente de «irrupción» (inrush) al arrancar. Usar un relé clasificado exactamente para la corriente de funcionamiento hará que los contactos se suelden o se quemen. Selecciona siempre un relé clasificado para al menos 2-3 veces la corriente continua de la carga.

Solución de problemas

• Síntoma: El relé castañetea o zumba rápidamente en lugar de enclavarse limpiamente.
• Causa: La fuente de alimentación de 12 V es demasiado débil y el voltaje cae bajo la gran carga de la bomba, haciendo que la bobina del relé pierda fuerza de retención, desconecte la carga, se recupere y repita el ciclo.
• Solución: Usa una fuente de alimentación de banco con mayor capacidad de corriente o prueba con una batería.
• Síntoma: El transistor Q1 se calienta extremadamente y falla.
• Causa: Falta el diodo flyback, o la demanda de corriente de la bobina del relé excede la corriente máxima de colector del 2N2222.
• Solución: Verifica que D1 esté instalado correctamente. Comprueba la resistencia de la bobina del relé; asegúrate de que consuma menos de 600 mA.
• Síntoma: El circuito se enciende aleatoriamente sin la acción del interruptor de flotador.
• Causa: La base de Q1 está flotando, captando interferencias electromagnéticas ambientales.
• Solución: Asegúrate de que la resistencia pull-down R2 esté conectada de forma segura entre el nodo VB y tierra.
• Síntoma: El LED se enciende, pero la bomba simulada (RLOAD) no funciona.
• Causa: Conexión rota en el contacto NO del relé o una resistencia de carga quemada.
• Solución: Comprueba el cableado entre el pin NO del relé y LOAD_SW. Verifica la resistencia de RLOAD con un multímetro.

Posibles mejoras y extensiones

• Corte por nivel bajo de agua (Lógica de enclavamiento): Agrega un segundo interruptor de flotador y configura el relé como un circuito de enclavamiento. Esto asegura que la bomba funcione continuamente hasta que el tanque esté completamente lleno, en lugar de hacer ciclos cortos.
• Red de retardo antirrebote: Las ondas de agua en un tanque pueden hacer que el interruptor de flotador rebote rápidamente encendiéndose y apagándose. Agrega una red de retardo RC (un condensador y una resistencia) en la base del transistor, o usa un temporizador 555, para introducir un retardo de encendido/apagado y proteger la bomba.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

Sígueme:

¿Quiénes somos?

Nivel: Medio – Desconectar una carga crítica utilizando un contacto de relé normalmente cerrado cuando se excede un umbral de voltaje.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un circuito de protección contra sobretensión basado en hardware. Utiliza un diodo Zener para establecer un umbral de voltaje y un transistor de unión bipolar (BJT) para accionar un relé electromecánico, desconectando mecánicamente la energía cuando el voltaje se dispara a niveles peligrosos.

Esta topología es muy útil en escenarios del mundo real:
– Proteger microcontroladores sensibles de 5 V contra picos accidentales en la fuente de alimentación.
– Proteger sensores o instrumentos costosos en entornos automotrices donde ocurren picos del alternador.
– Asegurar que los dispositivos alimentados por batería o USB se desconecten mecánicamente durante un fallo del regulador del cargador.

Resultado esperado:
– Cuando el voltaje de entrada (v-in) está en el rango seguro (por ejemplo, 5.0 V), el BJT permanece apagado, el relé no recibe energía y el contacto normalmente cerrado (NC) suministra energía a la carga.
– Cuando v-in excede el umbral del Zener más la caída base-emisor del BJT (alrededor de 6.3 V), el Zener conduce.
– La corriente de base fluye, el interruptor BJT se enciende y la bobina del relé se energiza.
– El contacto NC del relé se abre, activando un evento v-load-disconnect que hace caer el voltaje de la carga a 0 V.
– Público objetivo y nivel: Estudiantes de electrónica de nivel intermedio que exploran umbrales de voltaje analógicos y conmutación electromecánica.

Materiales

• V1: Fuente de CC variable (0-9 V), función: proporciona el voltaje de entrada del sistema (v-in)
• D1: Diodo Zener de 5.6 V (ej. 1N4734 A), función: establece la referencia del umbral de sobretensión
• R1: Resistencia de 1 kΩ, función: limitación de corriente de base para el BJT
• R2: Resistencia de 10 kΩ, función: pull-down de base para asegurar que el BJT se apague limpiamente
• Q1: Transistor NPN 2N3904, función: interruptor controlador del relé
• D2: Diodo 1N4148 o 1N4007, función: protección flyback (diodo volante) para la bobina del relé
• K1: Relé SPDT de 5 V, función: desconecta la carga utilizando su contacto normalmente cerrado (NC)
• R_LOAD: Resistencia de 100 Ω, función: carga crítica simulada

Guía de conexionado

• V1: el terminal positivo se conecta al nodo V_IN, el terminal negativo se conecta al nodo 0 (GND).
• D1: el cátodo se conecta al nodo V_IN, el ánodo se conecta al nodo V_ZENER.
• R1: se conecta entre el nodo V_ZENER y el nodo BASE.
• R2: se conecta entre el nodo BASE y el nodo 0.
• Q1: el colector se conecta al nodo COLLECTOR, la base se conecta al nodo BASE, el emisor se conecta al nodo 0.
• K1_COIL: la bobina del relé se conecta entre el nodo V_IN y el nodo COLLECTOR.
• D2: el cátodo se conecta al nodo V_IN, el ánodo se conecta al nodo COLLECTOR (conectado en antiparalelo a la bobina del relé).
• K1_COM: el contacto común del relé se conecta al nodo V_IN.
• K1_NC: el contacto normalmente cerrado del relé se conecta al nodo LOAD_PWR.
• R_LOAD: se conecta entre el nodo LOAD_PWR y el nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

POWER SOURCE:
[ V1: 0-9 V DC ] --(V_IN)--> System Power
[ V1: Negative ] ---------> GND

1. OVERVOLTAGE SENSING & CONTROL PATH:
V_IN --> [ D1: 5.6 V Zener ] --(V_ZENER)--> [ R1: 1 kΩ ] --(BASE)--> [ Q1:Base ]
                                                             |
                                                        [ R2: 10 kΩ ]
                                                             |
                                                            GND

2. RELAY COIL & DRIVER PATH:
V_IN --> [ K1_COIL || D2: Flyback(Rev) ] --(COLLECTOR)--> [ Q1:Collector ]
                       |                                        |
                (Magnetic Link)                            [ Q1:Emitter ]
                       |                                        |
                       v                                       GND

3. PROTECTED LOAD PATH:
V_IN --> [ K1_COM ] --(Normally Closed)--> [ K1_NC ] --(LOAD_PWR)--> [ R_LOAD: 100 Ω ] --> GND

Diagrama eléctrico

🔒 Este diagrama eléctrico es premium. Con el pase de 7 días o la suscripción mensual podrás desbloquear el material didáctico completo y el pack PDF listo para imprimir.🔓 Ver planes de acceso premium

Mediciones y pruebas

1. Ajusta la fuente de alimentación variable V1 a exactamente 5.0 V.
2. Mide v-in con respecto a tierra. Verifica que sea 5.0 V.
3. Mide el voltaje a través de la carga (de LOAD_PWR a 0). Debería indicar 5.0 V, lo que indica que el relé está desactivado y el contacto NC está cerrado.
4. Aumenta lentamente el voltaje de V1. Monitorea v-zener (el voltaje en el ánodo de D1). Permanecerá cerca de 0 V hasta que v-in cruce el umbral de ruptura de ~5.6 V del diodo Zener.
5. Sube V1 hasta 6.5 V. Observa que v-zener aumenta, impulsando corriente hacia la base de Q1.
6. Verifica el evento v-load-disconnect: escucha el clic del relé. Mide el voltaje en LOAD_PWR; debería caer instantáneamente a 0 V a medida que el contacto NC se abre, protegiendo con éxito la carga.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: Overvoltage protection
.width out=256

* Input Voltage Source (Sweeps from 0V to normal 5V, then overvoltage 9V, then back)
V1 V_IN 0 PWL(0 0 1m 5 4m 5 5m 9 6m 9 7m 5 9m 5 10m 0)

* Zener Diode for threshold detection
D1 V_IN V_ZENER DZENER

* Base resistors for Q1
R1 V_ZENER BASE 1k
R2 BASE 0 10k

* Relay Driver Transistor
Q1 COLLECTOR BASE 0 2N3904

* Relay Coil (Modeled as series inductor and resistor)
L_K1_COIL V_IN K1_COIL_INT 10m
R_K1_COIL K1_COIL_INT COLLECTOR 100

* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Overvoltage protection
.width out=256

* Input Voltage Source (Sweeps from 0V to normal 5V, then overvoltage 9V, then back)
V1 V_IN 0 PWL(0 0 1m 5 4m 5 5m 9 6m 9 7m 5 9m 5 10m 0)

* Zener Diode for threshold detection
D1 V_IN V_ZENER DZENER

* Base resistors for Q1
R1 V_ZENER BASE 1k
R2 BASE 0 10k

* Relay Driver Transistor
Q1 COLLECTOR BASE 0 2N3904

* Relay Coil (Modeled as series inductor and resistor)
L_K1_COIL V_IN K1_COIL_INT 10m
R_K1_COIL K1_COIL_INT COLLECTOR 100

* Flyback Diode
D2 V_IN COLLECTOR D4148

* Relay Normally Closed (NC) Contact
* Modeled as a voltage-controlled switch controlled by the coil voltage (V_IN - COLLECTOR)
* When Q1 is OFF, coil voltage is 0V -> Switch is CLOSED (roff = 0.1)
* When Q1 is ON, coil voltage is > 6V -> Switch is OPEN (ron = 100meg)
S1 V_IN LOAD_PWR V_IN COLLECTOR RelayNC

* Critical Load
R_LOAD LOAD_PWR 0 100

* Models
.model DZENER D(IS=1e-15 RS=10 N=1 BV=5.6 IBV=5m)
.model D4148 D(IS=1e-14 RS=0.1 N=1)
.model 2N3904 NPN(IS=1E-14 VAF=100 BF=300 IKF=0.4 XTB=1.5 BR=4 CJC=4E-12 CJE=8E-12 RB=20 RC=0.1 RE=0.1 TR=250E-9 TF=350E-12 ITF=1 VTF=2 XTF=3)
.model RelayNC SW(vt=3 vh=0.5 ron=100meg roff=0.1)

* Simulation Directives
.print tran V(V_IN) V(LOAD_PWR) V(BASE) V(COLLECTOR) V(V_ZENER) I(L_K1_COIL)
.tran 10u 10m
.op
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: The simulation sweeps the input voltage from 0V to 5V, then up to 9V (overvoltage), and back down. The ngspice results show that when V_IN reaches 9V, the Zener diode conducts, raising V(BASE) to ~1.07V, which turns on Q1. This energizes the relay coil (current reaches ~9mA), opening the NC contact and disconnecting the load (V(LOAD_PWR) drops or follows the switch logic).

Show raw data table (1788 rows)

Index   time            v(v_in)         v(load_pwr)     v(base)         v(collector)    v(v_zener)      l_k1_coil#branc
0	0.000000e+00	0.000000e+00	0.000000e+00	4.369907e-29	1.104363e-28	4.276684e-29	-1.10436e-30
1	1.000000e-07	5.000000e-04	4.995005e-04	2.124049e-05	1.169502e-04	2.124049e-05	3.826672e-09
2	1.128896e-07	5.644481e-04	5.638843e-04	2.436647e-05	1.341994e-04	2.436647e-05	4.380682e-09
3	1.386689e-07	6.933444e-04	6.926518e-04	3.144704e-05	1.734710e-04	3.144704e-05	5.604067e-09
4	1.902274e-07	9.511370e-04	9.501868e-04	5.084817e-05	2.848367e-04	5.084817e-05	8.658258e-09
5	2.933444e-07	1.466722e-03	1.465257e-03	1.084331e-04	6.633002e-04	1.084332e-04	1.622310e-08
6	4.910392e-07	2.455196e-03	2.452743e-03	2.404937e-04	1.923047e-03	2.404937e-04	2.937980e-08
7	6.875077e-07	3.437539e-03	3.434104e-03	3.216141e-04	3.548938e-03	3.216141e-04	3.345128e-08
8	9.631281e-07	4.815640e-03	4.810829e-03	2.723800e-04	5.450903e-03	2.723800e-04	2.308361e-08
9	1.154824e-06	5.774121e-03	5.768352e-03	1.710095e-04	6.210657e-03	1.710095e-04	1.277625e-08
10	1.305686e-06	6.528429e-03	6.521907e-03	1.116498e-04	6.566319e-03	1.116498e-04	9.181046e-09
11	1.495573e-06	7.477865e-03	7.470395e-03	1.085076e-04	7.080935e-03	1.085076e-04	1.256925e-08
12	1.736950e-06	8.684750e-03	8.676074e-03	1.904626e-04	8.232826e-03	1.904626e-04	2.277129e-08
13	2.001986e-06	1.000993e-02	9.999931e-03	2.728041e-04	1.002166e-02	2.728041e-04	2.853663e-08
14	2.256607e-06	1.128304e-02	1.127176e-02	2.568832e-04	1.166727e-02	2.568832e-04	2.342944e-08
15	2.500031e-06	1.250016e-02	1.248767e-02	1.808629e-04	1.277687e-02	1.808630e-04	1.533781e-08
16	2.702903e-06	1.351451e-02	1.350101e-02	1.375223e-04	1.345800e-02	1.375223e-04	1.307538e-08
17	2.944974e-06	1.472487e-02	1.471016e-02	1.562745e-04	1.440894e-02	1.562745e-04	1.754621e-08
18	3.189115e-06	1.594558e-02	1.592965e-02	2.174467e-04	1.574153e-02	2.174467e-04	2.384313e-08
19	3.483820e-06	1.741910e-02	1.740170e-02	2.492948e-04	1.756940e-02	2.492949e-04	2.456373e-08
20	3.789826e-06	1.894913e-02	1.893020e-02	2.050542e-04	1.918736e-02	2.050543e-04	1.855307e-08
21	4.028198e-06	2.014099e-02	2.012087e-02	1.627875e-04	2.016491e-02	1.627876e-04	1.538812e-08
22	4.364653e-06	2.182326e-02	2.180146e-02	1.717346e-04	2.161154e-02	1.717346e-04	1.849039e-08
23	4.749559e-06	2.374779e-02	2.372407e-02	2.249970e-04	2.370014e-02	2.249971e-04	2.340138e-08
... (1764 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

• Omitir el diodo flyback (D2): No colocar un diodo a través de la bobina del relé resultará en un pico de voltaje inductivo masivo cuando el transistor se apague, destruyendo permanentemente el BJT. Incluye siempre el diodo en antiparalelo.
• Instalar el diodo Zener al revés: Si el Zener se instala con polarización directa (ánodo a V_IN), actuará como un diodo estándar con una caída de 0.7 V. El relé se activará casi de inmediato. Asegúrate de que el cátodo apunte hacia la entrada positiva.
• Conectar la carga al contacto NA (NO): Si accidentalmente conectas R_LOAD al terminal Normalmente Abierto (NA) en lugar del terminal NC, la carga solo recibirá energía durante un evento de sobretensión, lo que anula el propósito del circuito de protección.

Solución de problemas

• Síntoma: El relé repiquetea rápidamente o zumba cuando el voltaje de entrada está justo en el umbral (por ejemplo, 6.2 V).
• Causa: El circuito carece de histéresis. Un voltaje analógico de movimiento lento en el umbral exacto hace que el BJT se encienda parcialmente, poniendo al relé en un estado mecánico indefinido.
• Solución: En una configuración práctica, los eventos de sobretensión suelen ser picos rápidos. Para voltajes de aumento lento, se requiere un disparador Schmitt (Schmitt trigger) o un circuito de enclavamiento para asegurar una transición limpia.
• Síntoma: La carga nunca se enciende, ni siquiera a 5.0 V.
• Causa: El relé podría estar atascado energizado, el BJT está en cortocircuito o la carga se conectó por error al contacto NA.
• Solución: Verifica la continuidad de LOAD_PWR a V_IN mientras el circuito está sin energía. Reemplaza Q1 si marca un cortocircuito directo de colector a emisor.
• Síntoma: El transistor se calienta excepcionalmente durante un evento de sobretensión.
• Causa: El voltaje de entrada se elevó mucho más allá del umbral (por ejemplo, 12 V en un relé de 5 V), causando una corriente excesiva en la bobina a través del BJT.
• Solución: No excedas los valores máximos absolutos de la bobina del relé y del transistor 2N3904. Si se esperan voltajes más altos, utiliza un transistor más robusto (como un TIP120) o un pre-regulador.

Posibles mejoras y extensiones

• Añadir un indicador de falla: Conecta un LED rojo con una resistencia limitadora de corriente adecuada al contacto Normalmente Abierto (NA). Cuando se activa la sobretensión, la carga pierde energía y el LED rojo se ilumina instantáneamente para advertir al usuario.
• Implementar un enclavamiento mecánico: Conecta un contacto secundario del relé (si usas un relé DPDT) o un SCR en el circuito base para que, una vez que un evento de sobretensión active el relé, permanezca bloqueado en el estado de «desconexión» hasta que el usuario presione manualmente un botón de reinicio, evitando ciclos repetidos de encendido y apagado.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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¿Quiénes somos?

Nivel: Medio – Construye puertas lógicas básicas conectando los contactos de múltiples relés en serie y paralelo.

Objetivo y caso de uso

• Qué construirás: Un circuito que utiliza dos relés electromecánicos DPDT (dos polos, dos tiros) para demostrar simultáneamente operaciones lógicas booleanas básicas (puertas AND y OR).
• Por qué es útil:
  • Forma la base histórica de la automatización industrial y la programación de lógica de escalera (ladder).
  • Demuestra cómo manejar la lógica en sistemas de alto voltaje o alta corriente donde los CI de silicio estándar no son adecuados.
  • Proporciona aislamiento eléctrico completo entre las entradas de control (bobinas) y las salidas lógicas (contactos).
  • Ilustra los principios fundamentales de los enclavamientos a prueba de fallos utilizados en maquinaria pesada y circuitos de seguridad.
• Resultado esperado:
  • La salida AND (LED verde) solo se iluminará cuando ambas bobinas de los relés estén energizadas (contactos en serie).
  • La salida OR (LED rojo) se iluminará cuando cualquiera de las bobinas de los relés esté energizada (contactos en paralelo).
  • Medición exitosa de los voltajes de control confirmando la activación de rutas lógicas específicas.
• Público objetivo y nivel: Estudiantes de electrónica de nivel intermedio que exploran sistemas de control automatizado y conmutación electromecánica.

Materiales

• V1: Fuente de 5 V CC, función: alimentación para bobinas y lógica
• SW1: Interruptor SPST, función: control de la Entrada A
• SW2: Interruptor SPST, función: control de la Entrada B
• K1: Relé DPDT de 5 V, función: elemento de puerta lógica A
• K2: Relé DPDT de 5 V, función: elemento de puerta lógica B
• D1: LED verde, función: indicador de salida lógica AND
• D2: LED rojo, función: indicador de salida lógica OR
• D3: Diodo 1N4148, función: protección flyback para K1
• D4: Diodo 1N4148, función: protección flyback para K2
• R1: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente para D1
• R2: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente para D2

Guía de conexionado

• V1 se conecta entre VCC y 0.
• SW1 se conecta entre VCC y el nodo VA.
• SW2 se conecta entre VCC y el nodo VB.
• La bobina de K1 se conecta entre el nodo VA y 0.
• La bobina de K2 se conecta entre el nodo VB y 0.
• El cátodo de D3 se conecta al nodo VA, el ánodo se conecta a 0 (en antiparalelo a la bobina de K1).
• El cátodo de D4 se conecta al nodo VB, el ánodo se conecta a 0 (en antiparalelo a la bobina de K2).
• Lógica AND (Conexionado en serie – Polo 1):
  • El contacto común del Polo 1 de K1 se conecta a VCC.
  • El contacto normalmente abierto (NO) del Polo 1 de K1 se conecta al nodo AND_MID.
  • El contacto común del Polo 1 de K2 se conecta al nodo AND_MID.
  • El contacto normalmente abierto (NO) del Polo 1 de K2 se conecta al nodo OUT_AND.
• Lógica OR (Conexionado en paralelo – Polo 2):
  • El contacto común del Polo 2 de K1 se conecta a VCC.
  • El contacto normalmente abierto (NO) del Polo 2 de K1 se conecta al nodo OUT_OR.
  • El contacto común del Polo 2 de K2 se conecta a VCC.
  • El contacto normalmente abierto (NO) del Polo 2 de K2 se conecta al nodo OUT_OR.
• Salidas:
  • R1 se conecta entre OUT_AND y el nodo D1_ANODE.
  • D1 se conecta entre D1_ANODE y 0 (cátodo a tierra).
  • R2 se conecta entre OUT_OR y el nodo D2_ANODE.
  • D2 se conecta entre D2_ANODE y 0 (cátodo a tierra).

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ CONTROL SECTION: RELAY COILS ]

VCC --> [ SW1 (Input A) ] --(VA)--> [ K1 Coil || D3(Rev) ] --> GND
                                          |
                                   (Magnetic Link)
                                          v
                                    (To K1 Poles)

VCC --> [ SW2 (Input B) ] --(VB)--> [ K2 Coil || D4(Rev) ] --> GND
                                          |
                                   (Magnetic Link)
                                          v
                                    (To K2 Poles)


[ AND LOGIC SECTION: SERIES WIRING (POLE 1) ]

VCC --> [ K1 Pole 1 (NO) ] --(AND_MID)--> [ K2 Pole 1 (NO) ] --(OUT_AND)--> [ R1 ] --(D1_ANODE)--> [ D1 (Green LED) ] --> GND


[ OR LOGIC SECTION: PARALLEL WIRING (POLE 2) ]

VCC --> [ K1 Pole 2 (NO) ] --(OUT_OR)--+
                                       |--> [ R2 ] --(D2_ANODE)--> [ D2 (Red LED) ] --> GND
VCC --> [ K2 Pole 2 (NO) ] --(OUT_OR)--+

Diagrama eléctrico

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Tabla de verdad

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Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: AND and OR logic using relays
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* Input A Control (SW1)
* Modeled as a voltage-controlled switch toggled by a fast pulse source to simulate user input
S_SW1 VCC VA ctrl_A 0 switch_mod
V_ctrl_A ctrl_A 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 100u 200u)

* Input B Control (SW2)
* Modeled as a voltage-controlled switch toggled by a fast pulse source
S_SW2 VCC VB ctrl_B 0 switch_mod
V_ctrl_B ctrl_B 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 200u 400u)

* Relay K1 Coil and Flyback Diode
* Coil modeled as an RL series circuit
L_K1 VA K1_mid 1m
R_K1 K1_mid 0 100
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: AND and OR logic using relays
.width out=256

* Power Supply
V1 VCC 0 DC 5

* Input A Control (SW1)
* Modeled as a voltage-controlled switch toggled by a fast pulse source to simulate user input
S_SW1 VCC VA ctrl_A 0 switch_mod
V_ctrl_A ctrl_A 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 100u 200u)

* Input B Control (SW2)
* Modeled as a voltage-controlled switch toggled by a fast pulse source
S_SW2 VCC VB ctrl_B 0 switch_mod
V_ctrl_B ctrl_B 0 PULSE(0 5 0 1u 1u 200u 400u)

* Relay K1 Coil and Flyback Diode
* Coil modeled as an RL series circuit
L_K1 VA K1_mid 1m
R_K1 K1_mid 0 100
D3 0 VA 1N4148

* Relay K2 Coil and Flyback Diode
L_K2 VB K2_mid 1m
R_K2 K2_mid 0 100
D4 0 VB 1N4148

* AND Logic (Series Wiring - Pole 1)
S_K1_P1 VCC AND_MID VA 0 relay_switch
S_K2_P1 AND_MID OUT_AND VB 0 relay_switch
* Anti-floating leak resistor for the midpoint of the series connection
R_leak AND_MID 0 1G 

* OR Logic (Parallel Wiring - Pole 2)
S_K1_P2 VCC OUT_OR VA 0 relay_switch
S_K2_P2 VCC OUT_OR VB 0 relay_switch

* Outputs
R1 OUT_AND D1_ANODE 330
D1 D1_ANODE 0 DLED_Green

R2 OUT_OR D2_ANODE 330
D2 D2_ANODE 0 DLED_Red

* Models
.model switch_mod SW(vt=2.5 vh=0.5 ron=0.1 roff=100MEG)
.model relay_switch SW(vt=2.5 vh=0.5 ron=0.1 roff=100MEG)
.model 1N4148 D(IS=2.682n N=1.836 RS=0.5623 BV=100 IBV=100p CJO=4p M=0.333 VJ=0.5 TT=11.54n)
.model DLED_Green D(IS=1e-20 N=2.2 RS=5)
.model DLED_Red D(IS=1e-15 N=2.0 RS=5)

* Analysis
.tran 1u 500u
.print tran V(VA) V(VB) V(OUT_AND) V(OUT_OR) V(AND_MID) I(L_K1)
.op
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: The simulation results match the expected truth table for AND and OR logic. When both inputs are 5V, both outputs are near 5V. When only one input is 5V, only the OR output goes to 5V. The OFF state voltages are non-zero (around 1.6V and 0.9V) due to the finite off-resistance of the switch models, but these are below the LED forward voltages.

Show raw data table (5166 rows)

Index   time            v(va)           v(vb)           v(out_and)      v(out_or)       v(and_mid)      l_k1#branch
0	0.000000e+00	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
1	1.000000e-08	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
2	2.000000e-08	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
3	4.000000e-08	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
4	8.000000e-08	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
5	1.600000e-07	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
6	3.200000e-07	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
7	3.750000e-07	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
8	4.712500e-07	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
9	4.978906e-07	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
10	5.445117e-07	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
11	5.574158e-07	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
12	5.799979e-07	4.999967e-06	4.999967e-06	1.597015e+00	9.421253e-01	3.141436e+00	4.999967e-08
13	6.019875e-07	4.999887e+00	4.999887e+00	4.998416e+00	4.999485e+00	4.999208e+00	5.496234e-05
14	6.174611e-07	5.000094e+00	5.000094e+00	4.998416e+00	4.999485e+00	4.999208e+00	1.321856e-04
15	6.317917e-07	4.999872e+00	4.999872e+00	4.998416e+00	4.999485e+00	4.999208e+00	2.035976e-04
16	6.498539e-07	5.000078e+00	5.000078e+00	4.998416e+00	4.999485e+00	4.999208e+00	2.934595e-04
17	6.859784e-07	4.999845e+00	4.999845e+00	4.998416e+00	4.999485e+00	4.999208e+00	4.726966e-04
18	7.582273e-07	5.000025e+00	5.000025e+00	4.998416e+00	4.999485e+00	4.999208e+00	8.292335e-04
19	9.027252e-07	4.999739e+00	4.999739e+00	4.998416e+00	4.999485e+00	4.999208e+00	1.534627e-03
20	1.000000e-06	4.999907e+00	4.999907e+00	4.998416e+00	4.999485e+00	4.999208e+00	2.003774e-03
21	1.028900e-06	4.999786e+00	4.999786e+00	4.998416e+00	4.999485e+00	4.999208e+00	2.142075e-03
22	1.086699e-06	4.999758e+00	4.999758e+00	4.998416e+00	4.999485e+00	4.999208e+00	2.417880e-03
23	1.202297e-06	4.999704e+00	4.999704e+00	4.998416e+00	4.999485e+00	4.999208e+00	2.964729e-03
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Nivel: Medio – Implementar un relé SPDT para alternar automáticamente entre una fuente de alimentación principal y una batería de respaldo.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un circuito de gestión de energía utilizando un relé de un polo y dos tiros (SPDT, por sus siglas en inglés). El circuito conmutará automáticamente una carga conectada a una batería de respaldo siempre que falle la fuente de alimentación principal.

Esta topología de conmutación automatizada es muy útil en varias aplicaciones del mundo real:
* Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI/UPS) para enrutadores y equipos de red críticos.
* Sistemas de alarma y seguridad que requieren funcionamiento continuo durante cortes de energía de la red.
* Dispositivos de monitorización médica que deben permanecer funcionales durante el transporte de pacientes.
* Sistemas de energía solar que cambian automáticamente a la energía de la batería después del atardecer.

Resultado esperado:
* Cuando la fuente principal (V_MAIN) está activa, la bobina del relé se energiza y la carga se conecta al contacto Normalmente Abierto (NO) alimentado por la fuente principal.
* Cuando la fuente principal falla (cae a 0 V), el relé se desenergiza, transfiriendo sin problemas la carga al contacto Normalmente Cerrado (NC) alimentado por la batería de respaldo.
* El voltaje de la carga (V_LOAD_OUT) permanece continuo, salvo por un pequeño retraso de conmutación mecánica.
* Un indicador LED visual informa con éxito la presencia de la fuente de alimentación principal.

Público objetivo: Aficionados y estudiantes de electrónica de nivel intermedio que aprenden sobre relés electromecánicos y redundancia de energía.

Materiales

• V1: Fuente de CC de 12 V, función: fuente de alimentación principal
• V2: Fuente de CC de 9 V, función: fuente de batería de respaldo
• K1: Relé SPDT de 12 V, función: interruptor automático de energía
• D1: Diodo 1N4007, función: diodo flyback para proteger contra picos de voltaje de la bobina del relé
• D2: LED rojo, función: indicador de alimentación principal
• R1: Resistencia de 1 kΩ, función: limitación de corriente del LED
• R2: Resistencia de 100 Ω, función: carga simulada del sistema

Guía de conexionado

• V1: Conecta el terminal positivo a V_MAIN y el terminal negativo a 0 (GND).
• V2: Conecta el terminal positivo a V_BACKUP y el terminal negativo a 0 (GND).
• K1 (Bobina): Conecta un lado a V_MAIN y el otro lado a 0 (GND).
• D1: Conecta en paralelo a la bobina K1. Conecta el cátodo a V_MAIN y el ánodo a 0 (GND).
• K1 (Contacto NO): Conecta el terminal Normalmente Abierto a V_MAIN.
• K1 (Contacto NC): Conecta el terminal Normalmente Cerrado a V_BACKUP.
• K1 (Contacto COM): Conecta el terminal Común a V_LOAD_OUT.
• R2: Conecta entre V_LOAD_OUT y 0 (GND).
• R1: Conecta entre V_MAIN y NODE_LED.
• D2: Conecta el ánodo a NODE_LED y el cátodo a 0 (GND).

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ V1: 12 V Main ] --(V_MAIN)--> [ K1 Coil || D1 (Rev) ] --> GND
                                       |
                                 (Magnetic Link)
                                       v
[ V1: 12 V Main ] --(V_MAIN)--> [ K1: NO Contact ] --+
                                                    |
                                                  (COM)--> [ V_LOAD_OUT ] --> [ R2: 100 Ω Load ] --> GND
                                                    |
[ V2: 9 V Backup ] -(V_BACKUP)-> [ K1: NC Contact ] -+

[ V1: 12 V Main ] --(V_MAIN)--> [ R1: 1 kΩ ] --(NODE_LED)--> [ D2: Red LED ] --> GND

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

1. Conecta y activa tanto V1 (12 V) como V2 (9 V).
2. Mide el voltaje en V_MAIN y V_BACKUP con un multímetro para verificar que ambas fuentes sean estables.
3. Mide el voltaje en V_LOAD_OUT. Debería indicar aproximadamente 12 V. El relé debería emitir un «clic» audible al encenderse, y el LED indicador (D2) debería estar brillantemente iluminado.
4. Desconecta V1 para simular un corte de energía (V_MAIN cae a 0 V).
5. Mide el voltaje en V_LOAD_OUT nuevamente. Ahora debería indicar aproximadamente 9 V, confirmando que la carga se ha transferido exitosamente a la batería de respaldo. El LED debería apagarse.
6. Vuelve a conectar V1. Observa el relé haciendo clic nuevamente a medida que V_LOAD_OUT vuelve a 12 V.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Automatic power switching
.width out=256

* Power Sources
V1 V_MAIN 0 PULSE(12 0 200u 1u 1u 200u 500u)
V2 V_BACKUP 0 DC 9

* K1 Relay Coil (modeled as series inductor and resistor)
L_K1 V_MAIN K1_COIL_INT 1m
R_K1 K1_COIL_INT 0 400

* K1 Relay Contacts (modeled as voltage-controlled switches)
* Normally Open (NO) contact between V_MAIN and V_LOAD_OUT, controlled by V_MAIN
S_K1_NO V_MAIN V_LOAD_OUT V_MAIN 0 Relay_NO
* Normally Closed (NC) contact between V_BACKUP and V_LOAD_OUT, controlled by inverted V_MAIN
S_K1_NC V_BACKUP V_LOAD_OUT 0 V_MAIN Relay_NC

* D1 Flyback Diode (Anode to 0, Cathode to V_MAIN)
D1 0 V_MAIN 1N4007

* ... (truncated in public view) ...

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* Automatic power switching
.width out=256

* Power Sources
V1 V_MAIN 0 PULSE(12 0 200u 1u 1u 200u 500u)
V2 V_BACKUP 0 DC 9

* K1 Relay Coil (modeled as series inductor and resistor)
L_K1 V_MAIN K1_COIL_INT 1m
R_K1 K1_COIL_INT 0 400

* K1 Relay Contacts (modeled as voltage-controlled switches)
* Normally Open (NO) contact between V_MAIN and V_LOAD_OUT, controlled by V_MAIN
S_K1_NO V_MAIN V_LOAD_OUT V_MAIN 0 Relay_NO
* Normally Closed (NC) contact between V_BACKUP and V_LOAD_OUT, controlled by inverted V_MAIN
S_K1_NC V_BACKUP V_LOAD_OUT 0 V_MAIN Relay_NC

* D1 Flyback Diode (Anode to 0, Cathode to V_MAIN)
D1 0 V_MAIN 1N4007

* Main Power Indicator
R1 V_MAIN NODE_LED 1k
D2 NODE_LED 0 DLED

* Simulated System Load
R2 V_LOAD_OUT 0 100

* Component Models
.model 1N4007 D(IS=7.02767n RS=0.0341512 N=1.80803 EG=1.05743 XTI=5 BV=1000 IBV=5e-08 CJO=1e-11 VJ=0.7 M=0.5 FC=0.5 TT=1e-07)
.model DLED D(IS=1e-15 RS=10 N=2.0)
.model Relay_NO SW(vt=6 vh=0.5 ron=0.05 roff=10Meg)
.model Relay_NC SW(vt=-6 vh=0.5 ron=0.05 roff=10Meg)

* Analysis Directives
.op
.tran 1u 500u
.print tran V(V_MAIN) V(V_LOAD_OUT) V(V_BACKUP) V(NODE_LED) I(L_K1)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Análisis: The simulation shows V_MAIN starting at 12V, during which V_LOAD_OUT is approximately 12V. At t=200us, V_MAIN drops to 0V, and V_LOAD_OUT seamlessly switches to the 9V backup supply. When V_MAIN recovers at t=400us, V_LOAD_OUT returns to 12V.

Show raw data table (557 rows)

Index   time            v(v_main)       v(v_load_out)   v(v_backup)     v(node_led)     l_k1#branch
0	0.000000e+00	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
1	1.000000e-08	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
2	2.000000e-08	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
3	4.000000e-08	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
4	8.000000e-08	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
5	1.600000e-07	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
6	3.200000e-07	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
7	6.400000e-07	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
8	1.280000e-06	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
9	2.280000e-06	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
10	3.280000e-06	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
11	4.280000e-06	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
12	5.280000e-06	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
13	6.280000e-06	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
14	7.280000e-06	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
15	8.280000e-06	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
16	9.280000e-06	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
17	1.028000e-05	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
18	1.128000e-05	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
19	1.228000e-05	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
20	1.328000e-05	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
21	1.428000e-05	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
22	1.528000e-05	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
23	1.628000e-05	1.200000e+01	1.199400e+01	9.000000e+00	1.653685e+00	3.000000e-02
... (533 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

• Desajuste del voltaje de la bobina del relé: Usar un relé de 5 V en una línea de 12 V hará que la bobina se sobrecaliente y falle rápidamente. Asegúrate siempre de que el voltaje nominal de la bobina del relé coincida exactamente con el voltaje de la fuente principal.
• Omitir el diodo flyback: No instalar el diodo polarizado en inversa a través de la bobina del relé puede resultar en picos de alto voltaje cuando la alimentación principal se desconecta abruptamente, lo que podría dañar los componentes en paralelo en el bus de alimentación principal.
• Invertir los contactos NO y NC: Conectar la batería de respaldo al contacto NO y la fuente principal al contacto NC resultará en un sistema inoperativo cuando falle la alimentación principal. Verifica el pin-out del relé antes de soldar o alimentar el circuito.

Solución de problemas

• Síntoma: La carga pierde energía por completo cuando cae la fuente principal.
  • Causa: La batería de respaldo está agotada o conectada al terminal Normalmente Abierto (NO) en lugar del terminal Normalmente Cerrado (NC).
  • Solución: Mide el voltaje de la batería de forma independiente y luego verifica su conexión al terminal NC del relé.
• Síntoma: El relé traquetea o zumba continuamente en lugar de conmutar limpiamente.
  • Causa: La fuente de alimentación principal no puede proporcionar suficiente corriente tanto para la bobina del relé como para la carga, lo que hace que el voltaje caiga repetidamente por debajo del umbral de retención del relé.
  • Solución: Actualiza la fuente de alimentación principal a una de mayor capacidad de corriente, o añade un condensador de suavizado grande en la línea V_MAIN.
• Síntoma: El indicador LED no se enciende, pero la conmutación funciona.
  • Causa: El LED está insertado con polaridad inversa, o la resistencia limitadora de corriente está desconectada.
  • Solución: Verifica que el lado plano (cátodo) del LED esté conectado a tierra (GND).

Posibles mejoras y extensiones

• Añade un condensador electrolítico grande (por ejemplo, 1000 µF) en paralelo con la carga (R2) para suavizar la breve interrupción de energía (caída de tensión o microcorte) causada por el tiempo de conmutación mecánica de los contactos del relé.
• Reemplaza el relé mecánico por un circuito de compuerta OR de diodos de estado sólido (usando diodos Schottky) para una conmutación completamente continua y sin retrasos, sin partes móviles.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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