hacer un puente h con transistores

1. 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

2. 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

3. INTRODUCCION
En esta práctica seconstruirá 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
Figura1. Puente H con transistoresNPN
En la Figura 1 vemos un Puente H de transistores, nombre que surge, obviamente, de la posición de los
transistores,en una distribución querecuerda la letra H. Esta configuración es una de las más utilizadasen el
control de motores de CC, cuando es necesario quese pueda invertir el sentido de giro del motor.
Aplicando una señal positivaen la entrada marcada Izquierda sehaceconducir 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 decorriente Emisor-Colector y los transistores,sedañarán para
siempre. Y si la fuente no posee protección,también podrá sufrir importantes daños.Al efecto existen varias
formas de asegurarse de esto, utilizando circuitos que impiden esta situación (llamados "de interlock"),
generalmente digitales,basadosen compuertas lógicas.Un ejemplo puede verse en la Figura 3.

4. 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 decorrienteen el motor y, por consiguiente,de su velocidad degiro. 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 circulapor el motor, ya que ésta también será función —además deserlo 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 delograr 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 lellama 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 llama control por
Regulación de Ancho de Pulso (PWM, Pulse-Width-Modulated,en inglés).
DESARROLLO DEL PROYECTO
El circuito a diseñar puedeobservarseen la Figura7.El circuito secomponede 4 transistoresn NPN Darlington,
diodos de protección y dos optoacopladores,la función deéstos 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 basey 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 de7.3Ω 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
5V
685mA
7.3
E CI I  

Dado que los transistores seusarán como interruptores, se trabajaráel
transistor en saturación,entonces al proceder para los transistores Q2 y
Q4 se usará el circuito dela Figura 2.
Dado que el transistor trabaja en saturación,deacuerdo al fabricantese
tiene que:
(2) 250C BI IFigura 2. Circuito equivalente para los
transistoresQ2 y Q4

5. Por lo tanto sustituyendo (1) en (2):
(3)
685mA
2.74mA
250
BI  
Se puede establecer una malla detal manera que:
(4)   0B B BE sat
V R I V   
El fabricanteindicaque:
(5)   1.48VBE sat
V 
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  
Figura3. Circuito equivalente paralostransistoresQ1 y Q3.
Para el diseño del circuito delos transistores Q1 y Q3,sedenotará con la letra Q a los valores delos transistor
y con la letra U a los del optoacoplador.
Para el transistor setienen las siguientes ecuaciones:
(7) EQ BQ CQI I I 
(8) CQ BQI I
Sustituyendo (8) en (7) y despejando IBQ:
(9)
1
CQ
BQ
I
I



Finalmente sustituyendo (1) y de acuerdo al fabricanteβ=250,en (9), se obtiene:

6. (10)
685mA
2.72mA
250 1
BQ EUI I  

Se puede establecer ahora la siguientemalla:
(11)   0B CEU B BQ BE sat Q
V V R I V    
Por criterio dediseño 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
1.037k
2.72 mA
BR
 
  
También de acuerdo al fabricantedel optoacoplador:
(15) 1.1VFV 
Así:
(16)
1.1V
220
0.5mA
F
F
F
V
R
I
   
Finalmente para determinar Vcc podemos establecer la siguientemalla (ver Figura 7):
(17)    3 2
0cc motorCE sat Q CE sat Q
V V V V    
De acuerdo al fabricantedel transistor:
(18)   0.76VCE sat
V 
Sustituyendo todos los valores conocidos
(19) 5 1.52 6.52VccV   
Para el circuito decontrol se consideró la siguientetabla de verdad:

7. (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
SIMULACION EN MULTISIM
Figura4. Motor girando en sentido horario. Puede verse que Q3 y Q2 están activados.

8. Figura 5. Motor girando en sentido anti horario. Puede verse que Q1 y Q4 están activados.
Figura6. Motor detenido al pulsar losdosbotonesal mismo tiempo. Ningún transistor estáactivado.

9. BIBLIOGRAFÍA
Eduardo J. Carletti. Control de motores de CC. Puente H. Robots Argentina, 2012
ANEXOS
CIRCUITOS
Figura7. Puente H (Etapade potencia)
Figura8. Circuito de control parael puente H