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Transistores y motores de CC

Circuito con transistor para controlar la velocidad de giro de un motor de CC

Objetivos

 

 

    • Presentar los transistores.
    • Controlar un motor de corriente continua.
    • Utilizar una entrada analógica para controla el valor de una salida analógica.

 

Material requerido.

ArduinoUNOArduino Uno o compatible y con el firmware para S4A cargado.

Un PC con el entorno S4A correctamente instalado y configurado.

Img_3_4Img_3_6Una Protoboard y cables.
componenteImg_3_5Un diodo LED y una resistencia de 330Ω.
2N2222Un transistor 2N2222. Comprobad que lleva rotulada esta referencia, porque el sensor de temperatura es similar.
Motor CC Un motor de corriente continua.
potenciómetro keyesUn potenciómetro de 10KΩ.

 

LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

 

Hasta ahora hemos utilizado las salidas de nuestro Arduino para influir en el mundo exterior gobernando únicamente diodos LED. Hemos podido hacerlo porque tiene capacidad suficiente (potencia) para encenderlos.

Pero existen muchos otros componentes para los que la capacidad de nuestro Arduino es insuficiente: motores de CC, accionar relés…

Para solucionar este problema tenemos los transistores.

 
  • Los pines digitales de Arduino permiten un máximo de 40mA, o lo que es lo mismo, 5V x 40mA = 0,2 W (Wattios) de potencia.
  • El pin de 5V puede dar hasta 0,5A si tenemos el Arduino conectado por USB.
  • Hay que fijarse bien en no conectar componentes que sobrepasen las especificaciones de nuestro Arduino, o podríamos acabar quemándolo. 

En esta sesión vamos a utilizar nuestra placa Arduino para controlar un pequeño motor de corriente continua.

 

LOS TRANSISTORES

 

Un transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que sirve para regular una señal de salida en función de una señal de entrada. Si volvemos a la analogía con el flujo de agua, sería algo parecido a un grifo o una llave de agua.

 
  • Todos tenemos clara la diferencia entre conductor y aislante. Un semiconductor puede ser cualquiera de las dos cosas en función de lo que necesitemos, además de tener algunas otras propiedades muy útiles. 

Los transistores trabajan básicamente de dos formas (aunque no son las únicas):

 
  • Permitir o cortar el flujo de corriente a partir de una pequeña señal de mando.
  • Amplificar la señal de entrada. 

Cuando trabaja de la primera forma, decimos que trabaja en corte (cuando no pasa) o en saturación (pasa sin restricciones), pero nada de pasar a medias. O lo que es lo mismo, corte es un 0 (FALSE) y saturación un 1 (TRUE). Esto es el fundamento de toda la electrónica digital moderna: ordenadores, consolas, teléfonos…

También puede trabajar en activa, dejando pasar más o menos corriente.

Los transistores tienen tres partes: Emisor, Colector y Base (E, C y B). Siguiendo la analogía del grifo el emisor sería la salida de agua, el colector la entrada y la base el mando. Lo vamos a ver más claro en la siguiente figura.

transistor analogía flujo agua
 
  • Corte: si no hay señal en B, la válvula está cerrada y no hay flujo de agua entre C y E.
  • Activa: si hay señal en B, la válvula se abrirá la válvula en función de su valor y permitirá el paso de parte de la corriente de agua de C a E.
  • Saturación: si la señal en B es suficiente, la válvula se abrirá completamente y permitirá que toda la corriente de agua pase de C a E. Llegados a este punto, aunque le demos más señal en B no conseguiremos mayor corriente, e incluso podríamos romper la válvula. 

Si habéis entendido el ejemplo, sólo tenéis que cambiar corriente de agua por corriente eléctrica, y la válvula por el transistor y comprenderéis su funcionamiento.

 
  • Decimos que funciona como amplificador porque con una pequeña corriente en la base podemos tener una corriente mucho mayor entre el colector y el emisor.
  • Se pueden utilizar varios transistores para conseguir ganancias muy grandes.
  • Cada vez que escuchas música, hay uno o varios transistores amplificando una señal débil para que puedas escucharla. 

 

CIRCUITO CON TRANSISTOR Y MOTOR CC

 

En este montaje usaremos el transistor de uso general P2N2222, barato y fácil de encontrar. Permite hasta 0,5 Amperios y 40V.

El esquema eléctrico sería el siguiente:

diagrama transistor motor cc
 
  • Q1 es el transistor y M1 el motor de CC. La flecha en Q1 indica la dirección de la corriente.
  • Conectamos la base al pin 9 de nuestro Arduino.
  • El colector lo conectamos a la toma de 5V de la placa, pero podríamos conectarlo a tomas de 12V, 24V etc… en función de la potencia del elemento que queramos controlar y usar un transistor acorde.
  • Conectamos el positivo del motor al emisor, y el negativo a tierra.
  • La flecha del emisor indica la dirección de la corriente y que es un transistor NPN, si la flecha tuviera la dirección contraria sería un transistor PNP, pero mejor lo dejamos de momento
  • Como podéis ver, hemos colocado un diodo LED en paralelo al motor. Lo hemos hecho para proteger al transistor (que es un poco más caro que el diodo, aunque no mucho). No vamos a entrar en detalles del por qué en este curso, suficiente con que os suene si tenéis que realizar más montajes como este. 

Una de las ventajas de usar un transistor es que se aísla la parte de control del circuito conectada a la base de la parte de la carga entre emisor y colector, haciendo muy difícil que quememos nuestro Arduino.

Para saber qué pin es cada pata, ponemos el transistor con la cara plana hacia nosotros (ahí está rotulado el modelo) y las patas hacia abajo. De izquierda a derecha son emisor, base y colector.

Detalle pines

En la protoboard el circuito quedaría de la siguiente forma:

Protoboard transistor motor

 

PROGRAMA DE CONTROL DEL MOTOR

 

Primero haremos que trabaje en el transistor en corte y saturación, cambiando de una a otra cada 5 segundos.

bloques s4a salida analógica max min

Para controlar la velocidad de giro del motor mientras el transistor trabaja en la parte activa utilizaremos un programa similar al que usamos en la sesión 9 de las salidas analógicas, pero haciendo que suba y baje el valor un poco más despacio incluyendo dos bloques de “esperar 0,1 segundos”.

variar velocidad motor
 
  • Si a simple vista no notáis la variación de velocidad podéis acercar el oído para escucharlo o cogerlo con la mano para notar cómo cambia la vibración. 

 

UTILIZANDO UN POTENCIÓMETRO COMO SEÑAL DE CONTROL

 

Os recomiendo volver a realizar esta sesión pero utilizando un potenciómetro para usar el valor de una entrada analógica para variar la velocidad del motor. El montaje sería muy sencillo combinando el de esta sesión y el de la sesión 11 de Entradas Analógicas.

El esquema electrónico es el siguiente:

conexión motor transistor potenciómetro

No vamos a poner el esquema de montaje en la protoboard, porque ya hemos visto como conectar todos los componentes del circuito en esta sesión y en la sesión 9. Además ya va siendo hora (si es que no lo hacéis ya) de que hagáis los montajes usando el esquema electrónico, que es mucho más claro, sobre todo a medida que se van complicando los circuitos.

La programación es muy sencilla, simplemente asignamos a la salida analógica el valor de la entrada analógica a la que está conectado el potenciómetro.

s4a control motor potenciómetro
 
  • Dividimos el valor de la entrada analógica entre 4 para adecuarla a la salida y aprovechar todo el giro del potenciómetro, de la misma manera que hacíamos en la sesión 11 con el escenario.
  • Recordad que las entradas analógicas pueden tomar 1024 valores y las salidas analógicas 256. 

Podéis descargar los tres programas de la sesión aquí: Transistores y Motores.

 

RESUMEN DE LA SESIÓN

 

En esta sesión hemos aprendido varias cosas importantes:

 
  • Conocemos el funcionamiento básico de un transistor, y ya podremos usarlos sin miedo en cualquier otro proyecto.
  • Hemos utilizado un pequeño motor de corriente continua, pero ahora sabemos los principios necesarios para controlar cargas que nuestro Arduino por sí sólo no tiene capacidad (potencia) para controlar.
  • Sabemos cómo usar una entrada analógica y adecuarla correctamente para controlar el valor de una salida analógica.
 
 
 

 

(2) Comments

  • Cómo es que para este último circuito no fue necesario usar una resistencia más para el potenciometro (divisor de tensión) como se había dicho en una sección anterior (http://www.prometec.net/s4a-entradas-analogicas/ ?

    Saludos y excelente sitio y tutoriales

    • Hola Mario, si te refieres a la resistencia que hay después del LED en la sesión http://www.prometec.net/s4a-entradas-analogicas/ la colocamos para proteger el LED cuando la resistencia del potenciómetro baje mucho.

      Sin embargo en esta última sesión no tenemos ese diodo y por lo tanto no necesitamos más resistencias que la de la base del transistor. El que ponemos en paralelo al motor es para proteger el transistor.

      Un saludote!

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