Este documento describe la construcción de una grúa con puente H utilizando transistores en configuración Darlington para controlar los motores. Explica cómo el puente H permite controlar la dirección de un motor DC mediante la activación de diferentes pares de transistores. También detalla el funcionamiento de los amplificadores Darlington para proporcionar gran ganancia de corriente y controlar los motores con una placa Arduino. El objetivo es aplicar esto para construir una maqueta funcional de una grúa.

1. PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA, FACULTAD DE INGENIERÍA.
UNIVERSIDAD DEL QUINDÍO.
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Resumen: En este artículo se describe la
construcción de una grúa con puente H, usando
transistores en configuración Darlington, además
del control de los motores que la componen a
través de un sistema embebido de hardware
abierto, como es Arduino.
Abstract: In thisarticle the construction of a
bridge crane with H described, using transistors
in Darlington configuration,besidesthe control of
motors that compose through an open hardware
embedded system, such as Arduino.
I. INTRODUCCION
Un amplificador se describe como un circuito
capaz de procesar las señales de acuerdo a la
naturaleza de su aplicación. El amplificador sabrá
extraer la información de toda señal, de tal manera
que permita mantener o mejorar la prestación del
sistema que genera la señal (sensor o transductor
usado para la aplicación).
El término “Puente-H” se deriva de la
representación gráfica típica del circuito. Un
Puente-H, se construye con interruptores
(mecánicos o de estado sólido), uno en cada “rama
lateral” o brazo ascendente y descendente y en la
barra central, se encuentran las salidas para el
motor, es la forma que se representa dentro de un
circuito esquemático simplificado, para este
proyecto se implementa la configuración
Darlington para crear el puente H y controlar 2
motores DC a través de Hardware libre y código
abierto Arduino.
II. OBJETIVOS
Controlar el movimiento de un motor de corriente
continua (DC) por medio de la configuración
puente h con Amplificadores Darlington.
Realizar la configuración Puente H para el manejo
del cambio de giro en un motor DC
Adecuar el amplificador Darlington a la
configuración Puente H en el manejo del cambio de
giro en un motor DC
Analizar el comportamiento de los transistores
utilizados en la configuración Puente H y en el
amplificador Darlington en cada uno de los giros
en el motor DC
III. MARCO TEÓRICO
A. Motor DC
“El principio de funcionamiento de los motores
eléctricos de corriente directa o continua se basa en
la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un
imán permanente cuando,de acuerdo con la Ley de
Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de
un electroimán que se encuentra montado en un eje.
Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le
permite girar libremente entre los polos magnéticos
norte y sur del imán permanente situado dentro de
la carcasa o cuerpo del motor.
Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina
PROYECTO FINAL ELECTRONICA II: GRUA CON
PUENTE H – CONFIGURACION DARLINGTON.
Wilmer Sediel Trujillo, 1094918625,Wilmer_nt@hotmail.com, Javier Alberto Hoyos,
1097725269,jahoyosv@uqvirtual.edu.co

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de este electroimán giratorio, el campo
electromagnético que se genera interactúa con el
campo magnético del imán permanente. Si los
polos del imán permanente y del electroimán
giratorio coinciden, se produce un rechazo y un
torque magnético o par de fuerza que provoca que
el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre
su eje en el mismo sentido de las manecillas del
reloj en unos casos, o en sentido contrario, de
acuerdo con la forma que se encuentre conectada al
circuito la pila o la batería.
Función del colector o conmutador en el motor de
C.D.
En la siguiente figura se representa, de forma
esquemática y simplificada, la vista frontal de un
colector seccionado en dos partes, perteneciente a
un motor de corriente directa (C.D.) muy simple.
También se muestra el enrollado de la bobina del
electroimán que gira a modo de rotor, diferenciada
por un color diferente en cada una de sus mitades.
Una de las mitades se representa porun círculo rojo
y la otra por un círculo azul, identificados
como “1” y “2”. Como se puede ver, uno de los
terminales de dicha bobina se encuentra conectado
a la sección “a” del colector y el otro terminal a la
sección “b”.
Fig. 1.: En el motor de corriente directa el colector
o conmutador sirve para conmutar o cambiar
constantemente el sentido de circulación de la
corriente eléctrica a través del enrollado de la
bobina del rotor cada vez que completa media
vuelta.De esa forma el polo norte del electroimán
coincidirá siempre con el también Polo norte del
imán permanente y el polo sur con el polo sur del
propio imán. Al coincidir siempre dos polos
magnéticos, que en todo momento van a ser
iguales, se produce un rechazo constante entre
ambos, lo que permite al rotormantenerse girando
ininterrumpidamente sobre su eje durante todo el
tiempo que se encuentre conectado a la corriente
eléctrica.” [1]
B. Puente H
Un Puente H o Puente en H es un circuito
electrónico que permite a un motor
eléctrico DC girar en ambos sentidos,
avance y retroceso. Son ampliamente
usados en robótica y como convertidores
de potencia. Los puentes H están
disponibles como circuitos integrados,
pero también pueden construirse a partir
de componentes discretos.
Un puente H es básicamente un arreglo de
cuatro interruptores acomodados de la
siguiente manera:
Fig. 3. Diagrama esquemático de un puente H.
Estos interruptores (A, B, C y D) pueden ser de
transistores bipolares (como el de arriba), de
MOSFET, de JFET, de relevadores o de cualquier
combinación de elementos. El punto central es: los
puentes H se utilizan para que un motor eléctrico
de corriente directa funcione en dos sentidos
(adelante y atrás) sin tener que manejar voltajes
negativos.

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C. Puente H (con transistores NPN y PNP)
En este caso elpuente Hconsta de transistores NPN
y PNP (par complementario).
Notar que si se pone “1” se activa en las bases de
T1 y T3 puesto que los transistores entrarían en su
estado de Saturación y “0” se desactiva en T2 y T4
estos dos estarían en su estado de corte y no
permitirían el paso de la corriente en ningún
sentido, se establece un sentido de circulación de
corriente IL como la indicada en la figura. Mientras
que si se pone “0” en las bases de T1 T3 y “1” en
T2 T4, se establece un sentido de circulación de
corriente IL contrario. Nuevamente se puede
controlar el sentido de giro del motor M.
FIG.4: Esquema Puente H con Transistores PNP y
NPN (TIP 41, TIP42, C2073, etc.); VL (tensión de
trabajo del motor) e IL son datos. Para lograr el
objetivo se elige un motor cuya VL sea inferior a
VCC, por lo tanto los transistores BJT podrán
trabajar en la zona activa, y en ellos caerá la
diferencia de tensiones entre VCC y VL.
Preferentemente convendrá que la VCE y VEC de
los Transistores BJT sean lo más bajas posibles,
asegurando de este modo la menor disipación de
potencia. [2]
D. Configuración Darlington
El transistor Darlington es un dispositivo
semiconductor que combina dos transistores
bipolares en un tándem (a veces llamado par
Darlington) en un único dispositivo.
La configuración (originalmente realizada con dos
transistores separados) fue inventada por el
ingeniero de los Laboratorios Bell Sídney
Darlington. La idea de ponerdos o tres transistores
sobre un chip fue patentada por él, pero no la idea
de ponerun número arbitrario de transistores
que originaría la idea moderna de circuito
integrado.
La configuración de amplificación Darlington que
consta de transistores acomodados en las bases de
los transistores de potencia que se conocen con el
nombre de transistores impulsores así y
representados en el esquema los TA y TB
conforman un par Darlington.
Las bases de los TA requieren corrientes que son
posibles de entregar por circuitos digitales como
compuertas o puertos de placas de adquisición de
datos.
Fig.5: Puente H con configuración Darlington;

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Fig.6: Configuración Darlington; Esta
configuración sirve para que el dispositivo sea
capaz de proporcionar una gran ganancia de
corriente y, al poder estar todo integrado, requiere
menos espacio que dos transistores normales en la
misma configuración. La ganancia total del
Darlington es el producto de la ganancia de los
transistores individuales. Un dispositivo típico
tiene una ganancia en corriente de 1000 o superior.
[2]
E. Arduino es una plataforma de hardware
libre, basada en una placa con un
microcontroladory un entorno de
desarrollo,diseñada para facilitar el uso
de la electrónica en proyectos
multidisciplinares.El hardware consiste
en una placa con un microcontrolador
Atmel AVR y puertos de entrada/salida.
IV. MATERIALES
 Software Proteus®
 Osciloscopio
 Fuente DC
 Protoboard
 1 Potenciómetro
 1 Arduino Uno
 Jumpers
 4 Resistencias de 1kΩ
 4 Diodos (1N4001)
 4Transistores NPN (C2073)
(reemplazando los TIP41/42).
 1 Motor DC
 Multímetro
 Computador.
V. DESARROLLO DE LA
PRÁCTICA.
En esta experiencia se observará cómo es posible
invertir el sentido de giro de un motor DC mediante
el puente H y su velocidad con PWM (modulación
por ancho de pulsos) regulada por un
potenciómetro. Al final tendremos un puente H con
un control de velocidad por Arduino, y esto
implementado y aplicado para la construcción de
una grúa a escala.
Fig. 7: Idealización del modelo para 1 motor en un
montaje sobre protoboard del puente H en
configuración Darlington con la placa Arduino
para controlar el motor y el potenciómetro que
regula la velocidad del mismo. [3]
Basados en el esquema del circuito presentado a
continuación haremos una preselección de los
componentes a utilizar en mencionado circuito,
cabe resaltar que para la simulación se hizo uso del
modelo basado en TIC 41 y TIC 42, ya que solo se
tenía conocimiento de ese transistor de potencia,
pero indagando pudimos encontrar el C2073 que
maneja más potencia en su colector.(hasta
25Watts)

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Fig. 8: esquema General Puente H con
amplificadores Darlington
LVK En la malla
−10 + 𝑉𝐶𝐸1 + 𝑉𝑀 + 𝑉𝐶𝐸7 = 0 (1)
Q1 y Q7 están en saturación
𝑄7 = 𝑄1 = 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 (2)
𝑉𝑀 = 10 − 2𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 (3)
Realizando un LVK en el nodo 1
𝐼𝑀 = 𝐼𝐶8 + 𝐼𝐶7 (4)
Sabiendo que Q3, Q4, Q5 y Q6 están en corto
(no conducen corriente) y estamos analizando la
malla III tenemos el siguiente circuito equivalente:
Fig. 9: Circuito Equivalente Malla III.
Basado en la figura (9).
𝐵7 = 𝐼𝐸8
LVK, en la malla III:
−𝑉𝑏 + 𝑉𝐵𝐸8 + 𝑉𝐵𝐸7 + 𝐼𝐵8 ∗ 𝑅𝐵𝐵 = 0
(5)
Estando Q7 y Q8 en saturación se considera:
𝑉𝐵𝐸8 = 𝑉𝐵𝐸7 = 𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 = 0,7 𝑉o𝑙𝑡𝑠 ( 6)
𝐼𝑐7
𝐼 𝐵7
< 𝛽7 (7)
Despejando la ecuación anterior
𝐼𝐸8 < 𝛽8 + 1 𝐼𝐵8 (9)
𝐼𝐸7 < 𝛽7 + 1 𝐼𝐵7 (10)
Teniendo como la corriente de base del transistor7
es igual a la del emisor 8 obtenemos
𝐼𝐶7 < 𝛽7 𝛽8 + 1 𝐼𝐵8 (11)
Del análisis realizado en el nodo 1
𝐼𝑀 = 𝐼𝐶8 + 𝐼𝐶7 (12)
−𝑉𝑏 + 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 + 𝐼𝐵8 ∗ 𝑅𝐵𝐵 = 0

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𝛽7 𝛽8 +
1
𝛽7(𝛽8 + 1)
+ 𝛽8𝐼𝑀
= 𝑉𝐵 −
2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛
𝑅𝐵𝐵
(𝛽7 𝛽8 + 1)
𝑅𝐵𝐵 =
𝛽7 𝛽8 + 1 + 𝛽8
𝐼𝑀
(𝑉𝐵 − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛)
LVK en el nodo 2
𝐼𝑀 = 𝐼𝐶1 + 𝐼𝐶2
Fig. 10: Circuito Equivalente Malla II.
−𝑉+ + 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 + 𝐼𝐵2 ∗ 𝑅𝐵𝑐 + 𝑉𝑐 = 0
Despejando la corriente de base tenemos
𝐼𝐵8 =
𝑉 + − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 − 𝑉𝑐
𝑅𝐵𝑐
𝑅𝐵𝑐 = (𝛽1 𝛽2 + 1 + 𝛽2 )𝐼𝑀 ∗ 𝑉
+ − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 – 𝑉𝑐
Los transistores Q1, Q3, Q5 y Q7 por ser
transistores de potencia TIP 42 y TIP 41 en parejas
respectivas poseen las siguientes características
Ganancia mínima:
β = 15
Voltaje colector emisor en saturación (c2073):
VCE (sat)= 1,5 V
Voltaje Base-Emisor en Saturación:
VBE (sat)= 2,0 V
Voltaje colector emisor en saturación (TIP42/41):
VCE (sat)= -0,25 V
Voltaje Base-Emisor en Saturación:
VBE (sat)= -0,85 V
Con los datos anteriores y las relaciones para el
circuito calculo el valor de las resistencias
RBa = 𝑹𝑩𝒄= 1000Ω
RBb= RBd = 1000 Ω
Fig.11 a.

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Fig. 11 b.
Fig. 11 a. y b: Diagrama de conexión en la
simulación en Proteus.
Fig. 12: circuito implementado donde se puede
observar los transistores en configuración
Darlington con sus respectivos diodos
rectificadores para evitar que las corrientes
transitorias pasen hacia la placa.
Fig. 13: Placa Arduino uno, con la conexión del
potenciómetro, el cual regula el voltaje de salida, y
por ende la velocidad del motor, a través del puente
H, que amplifica la señal enviada desde el
potenciómetro a los motores.
VI. RESULTADOS
Los datos que se tomaron demuestra que mientras
se tiene polarizado un sentido de giro para que
permita el paso de la corriente en sea anti horario u
horario el par complementario de Transistores
polarizados en corte demuestran los niveles de
corriente más bajas acercándose a cero y sus
voltajes Base-Emisor obtienen voltajes cercanos a
los 10 V o voltaje de polarización.
Al tener un voltaje tan alto evita que el transistor
este en saturación de tal manera se polariza en corte
o como un Swicht apagado que se asemeja en
forma ideal a un circuito abierto evitando el paso
de la corriente con una resistencia muy alta pero
con una caída de tensión que como se menciona
anteriormente casi alcanza el voltaje de
polarización.

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Los voltajes tomados en el par de transistores que
se polarizan en saturación son muy cercanos al
voltaje que deben tener en saturación o el voltaje
que supera el voltaje umbral que en los transistores
utilizados por ser de silicio es de 0.7 Volts así que
funcionan como un Swicht encendido e idealmente
como un corto circuito permitiendo el paso de la
corriente que se dirige hacia el motor y hace que el
motor transforme la Energía Eléctrica en mecánica.
Luego de tener la parte amplificadora de la
corriente funcionando correctamente, se aplica un
control mínimo a través de la placa Arduino uno,
con el potenciómetro manejando el puerto
analógico A1, después de polarizar el
potenciómetro en 5V y hacer una tierra común con
la del puente H, se pueden controlar los motores a
través de las siguientes líneas de código:
int lect=0;
int lect1=0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(11,OUTPUT); //declaramos los pines
como salidas
pinMode(10,OUTPUT);
pinMode(9,OUTPUT);
pinMode(8,OUTPUT);
pinMode(7,OUTPUT);
}
void loop() {
if (Serial.available()>0) {
lect=Serial.read();
lect1=lect;
}
if (lect=='4') {
analogWrite(9, 0);
int niv=(analogRead(A1)/4);
int niv1= (niv*100)/255; //cálculo para
imprimir en M. Serial.
analogWrite(11,niv);
Serial.print (niv1);Serial.println("%");
delay(500);
}
if (lect=='3') {
analogWrite(8,0);
int niv=(analogRead(A1)/4);
int niv1= (niv*100)/255; //cálculo para
imprimir en M. Serial.
analogWrite(10,niv);
Serial.print (niv1);Serial.println("%");
delay(500);
}
if (lect=='2') {
analogWrite(11, 0);
int niv=(analogRead(A1)/4);
int niv1= (niv*100)/255; //cálculo para
imprimir en M. Serial.
analogWrite(9, niv);
Serial.print (niv1);Serial.println("%");
delay(500);
}
if (lect=='1') {
delay(500);
analogWrite(10, 0);
analogWrite(8,0);
int niv=(analogRead(A1)/4);
int niv1=(niv*100)/255;
analogWrite(8, 2*niv);
Serial.print (niv1);Serial.println("%");
delay(500);
}
if (lect=='0') {
analogWrite(11, 0);
analogWrite(10,0);
analogWrite(9, 0);
analogWrite(8,0);
analogWrite(7,0);
Serial.print(0);Serial.println("%");
delay(1000);
}
}

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Fig. 14: Montaje implementado de la grúa, se
puede observarla placa Arduino uno con el código
anterior compilado y subido al microprocesador
ATmega 328 y los motores DC (actuadores) que
producen el movimiento en el brazo horizontal y el
movimiento vertical para subir las cargas o bajarlas
como desee el operario. Ambas velocidades de los
motores son controlados en su velocidad de giro a
través del potenciómetro y su sentido de giro a
través de una interfaz asistida por PC, en el
compilador de la compañía Arduino.
VII. CONCLUSIONES
Los transistores que se encuentran en
saturación cuando se genera un giro del
motor se comportan casi como un corto
circuito teniendo una caída de tensión
aproximada a los 0 Volts y una corriente
lo suficientemente alta permitiendo que el
motor gire, mientras los otros pares
complementarios se comportan como un
circuito abierto los cuales poseen la caída
de tensión casi de 10 Volts pero no
transmiten corriente lo que permite que el
motor gire en uno de los sentidos de
polarización.
El amplificador Darlington a la salida
disminuye la impedancia y esto conlleva a
que la corriente y la tensión sean más
altas. El β en este tipo de amplificador es
demasiado alto como el material es de
silicio el VBE va a ser igual a 1,4v. Como
utilizo dos Transistores en cascada la
corriente que utiliza el primero es mucho
menor que la del segundo puesto que este
es el impulsor y es el que va generalmente
conectado a la corriente que suministra un
circuito digital sabiendo que esta es muy
baja. A la salida de este amplificador
tenemos la corriente suficientemente alta
para que se pueda girar el motor.
Cuando se utiliza la Configuración puente
H para el cambio del giro en motor puente
H obtenemos el manejo de dicho motor
sin necesidad de producir corriente
negativas con tan solo utilizar unos
elementos discretos que me amplificarían
la corriente del motor para que trabaje en
su punto más óptimo.
VII. REFERENCIAS
[1] «ASIFUNCIONA,» [Enlínea].Available:
http://www.asifunciona.com/electrote
cnia/af_motor_cd/af_motor_cd_6.htm.
[Últimoacceso:13 11 2015].

10. PROGRAMA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA, FACULTAD DE INGENIERÍA.
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[2] J. M. P. Wilches,«ConfiguraciónPuente
H Con AmplificadoresDarlingtonPara
El ManejoDel Giro En Un Motor DC,»
Pamplona,2011.
[3] P. HITECK,«panamaHiteck,» [Enlínea].
Available:
http://panamahitek.com/puente-h-
con-control-de-velocidad-por-arduino/.
[Últimoacceso:13 11 2015].
[4] «hyperpphysics,» [Enlínea].Available:
http://hyperphysics.phy-
astr.gsu.edu/hbasees/electronic/opam
pvar.html.[Últimoacceso:16
OCTRUBRE 2015].
[5] «DatasheetCatalog.com,»[Enlínea].
Available:
http://www.datasheetcatalog.net/es/d
atasheets_pdf/L/F/3/5/C2073.shtml.
[Últimoacceso:16 OCTUBRE 2015].