REPORTE DE PRÁCTICA

Práctica 5

Instituto Tecnológico de Querétaro

Electrónica Analógica

Eduardo Pecina González

Álvarez Melgar José Francisco

Noguez Cruz Héctor

Iñiguez Lomelí Francisco Javier

CONTENIDO

Introduccion .......................................................................................................................................................................... 0

Marco teórico ....................................................................................................................................................................... 0

Desarrollo del proyecto....................................................................................................................................................... 1

Pruebas y analisis de resultados........................................................................................................................................ 4

Simulacion en Multisim .................................................................................................................................................. 4

Bibliografía............................................................................................................................................................................. 6

Anexos .................................................................................................................................................................................... 6

Circuitos ........................................................................................................................................................................ 6

INTRODUCCION

En esta práctica se construirá un puente h para cambiar el sentido de giro de un motor de CD de 5 votls. Esto

se hace para comprobar el funcionamiento del transistor como interruptor.

MARCO TEÓRICO

Figura 1. Puente H con transistores NPN

En la Figura 1 vemos un Puente H de transistores, nombre que surge, obviamente, de la posición de los

transistores, en una distribución que recuerda la letra H. Esta configuración es una de las más util izadas en el

control de motores de CC, cuando es necesario que se pueda invertir el sentido de giro del motor.

Aplicando una señal positiva en la entrada marcada Izquierda se hace conducir al transistor Q1 y Q4 haciendo

que el terminal izquierda del motor reciba un positivo y el terminal derecho el negativo (tierra).

Si en cambio se aplica señal en la entrada derecha, se hace conducir al transistor Q2 y Q3. En este caso se

aplica el positivo al terminal derecha del motor y el negativo (tierra) al terminal izquierda del motor.

Una de las cosas muy importantes que se deben tener en cuenta en el control de este circuito es que las

señales Izquierda y Derecha jamás deben coincidir. Si esto ocurre los transistores, Q1, Q2, Q3 y Q4 cerrarán

circuito directamente entre el positivo de la fuente de alimentación y tierra, sin pasar por el motor, de modo

que es seguro que se excederá la capacidad de corriente Emisor-Colector y los transistores, se dañarán para

siempre. Y si la fuente no posee protección, también podrá sufrir importantes daños. Al efecto existen varias

formas de asegurarse de esto, util izando circuitos que impiden esta situación (l lamados "de interlock"),

generalmente digitales, basados en compuertas lógicas. Un ejemplo puede verse en la Figura 3.

El circuito Puente H sólo permite un funcionamiento SÍ -NO del motor, a plena potencia en un sentido o en el

otro (además del estado de detención, por supuesto), pero no ofrece un modo de controlar la velocidad. Si es

necesario hacerlo, se puede apelar a la regulación del voltaje de la fuente de alimentación, variando su

potencial de 7,2 V hacia abajo para reducir la velocidad. Esta variación de tensión de fuente produce la

necesaria variación de corriente en el motor y, por consiguiente, de su velocidad de giro. Es una solución que

puede funcionar en muchos casos, pero se trata de una regulación primitiva, que podría no funcionar en

aquellas situaciones en las que el motor está sujeto a variaciones de carga mecánica, es decir que debe

moverse aplicando fuerzas diferentes. En este caso es muy difícil lograr la velocidad deseada cambiando la

corriente que circula por el motor, ya que ésta también será función —además de serlo de la tensión eléctrica

de la fuente de alimentación— de la carga mecánica que se le aplica (es decir, de la fuerza que debe hacer

para girar).Equation Chapter (Next) Section 1

Una de las maneras de lograr un control de la velocidad es tener algún tipo de realimentación, es decir, algún

artefacto que permita medir a qué velocidad está girando el motor y entonces, en base a lo medido, regular

la corriente en más o en menos. Este tipo de circuito requiere algún artefacto de senseo (sensor) montado

sobre el eje del motor. A este elemento se le l lama tacómetro y suele ser un generador de CC (otro motor de

CC cumple perfectamente la función, aunque podrá ser uno de mucho menor potencia ), un sistema de

tacómetro digital óptico, con un disco de ranuras o bandas blancas y negras montado sobre el eje, u otros

sistemas, como los de pickups magnéticos. Ver más en Control de motores de CC con realimentación.

Existe una solución menos mecánica y más electrónica, que es, en lugar de aplicar una corriente continua,

producir un corte de la señal en pulsos, a los que se les regula el ancho. Este sistema se l lama control por

Regulación de Ancho de Pulso (PWM, Pulse-Width-Modulated, en inglés).

DESARROLLO DEL PROYECTO

El circuito a diseñar puede observarse en la Figura 7. El circuito se compone de 4 transistoresn NPN Darlington,

diodos de protección y dos optoacopl adores, la función de éstos últimos es hacer un “cambio de tierra” en el

circuito dado que la carga de los transistores Q1 y Q3 estaría en el emisor. Lo cual provocaría grandes

corrientes en la base y otros efectos indeseables.

Para comenzar el diseño se establece la corriente que demandará la carga (motor en este caso). Si el motor

tiene una resistencia de 7.3Ω y se alimenta a 5 Vdc. La corriente que pasaría por él sería (se supondrá que es

accionado por los transistores Q2 y Q3, pero al establecer éstos, los otros también quedan determinados por

simetría):

(1) 3 2

5V685mA

7.3E CI I

Dado que los transistores se usarán como interruptores, se trabajará el

transistor en saturación, entonces al proceder para los transistores Q2 y

Q4 se usará el circuito de la Figura 2.

Dado que el transistor trabaja en saturación, de acuerdo al fabricante se

tiene que:

(2) 250C BI I Figura 2. Circuito equivalente para los

transistores Q2 y Q4

Por lo tanto sustituyendo (1) en (2):

(3) 685mA

2.74mA250

BI

Se puede establecer una malla de tal manera que:

(4) 0B B BE sat

V R I V

El fabricante indica que:

(5) 1.48V

BE satV

Sustituyendo todos los valores conocidos (V=5 debido a que viene de la salida de un circuito digital) y

despejando RB en (4) se tiene:

(6) 1285BR

Figura 3. Circuito equivalente para los transistores Q1 y Q3.

Para el diseño del circuito de los transistores Q1 y Q3, se denotará con la letra Q a los valores de los transistor

y con la letra U a los del optoacoplador.

Para el transistor se tienen las siguientes ecuaciones:

(7) EQ BQ CQI I I

(8) CQ BQI I

Sustituyendo (8) en (7) y despejando IBQ:

(9) 1

CQ

BQ

II

Finalmente sustituyendo (1) y de acuerdo al fabricante β=250, en (9), se obtiene:

(10) 685mA

2.72mA250 1

BQ EUI I

Se puede establecer ahora la siguiente malla:

(11) 0B CEU B BQ BE sat Q

V V R I V

Por criterio de diseño podemos hacer:

(12) 5mAFI

Entonces de acuerdo al fabricante:

(13) 0.7VCEUV

Finalmente sustituyendo VB = 5, (5), (10) y (13) en (11) y despejando RB:

(14) 5 0.7 1.48 V

1.037k2.72 mA

BR

También de acuerdo al fabricante del optoacoplador:

(15) 1.1VFV

Así:

(16) 1.1V

2200.5mA

FF

F

VR

I

Finalmente para determinar Vcc podemos establecer la siguiente malla (ver Figura 7):

(17) 3 2

0cc motorCE sat Q CE sat QV V V V

De acuerdo al fabricante del transistor:

(18) 0.76V

CE satV

Sustituyendo todos los valores conocidos

(19) 5 1.52 6.52VccV

Para el circuito de control se consideró la siguiente tabla de verdad:

(20)

1 2

0 0 0 0

0 1 0 1

1 0 1 0

1 1 0 0

A B f f

Lo cual determinó las siguientes funciones lógicas:

(21) 1f AB

(22) 2f AB

La implementación de estas funciones puede verse en la Figura 8.

PRUEBAS Y ANALISIS DE RESULTADOS

SI MULACI ON EN MULTI S I M

Figura 4. Motor girando en sentido horario. Puede verse que Q3 y Q2 están activados.

Figura 5. Motor girando en sentido anti horario. Puede verse que Q1 y Q4 están activados.

Figura 6. Motor detenido al pulsar los dos botones al mismo tiempo. Ningún transistor está activado.

BIBLIOGRAFÍA

Eduardo J. Carletti . Control de motores de CC. Puente H. Robots Argentina, 2012

ANEXOS

CI RCUI TOS

Figura 7. Puente H (Etapa de potencia)

Figura 8. Circuito de control para el puente H