Configuración Puente H Con Amplificadores Darlington Para El Manejo

Del Giro En Un Motor DC

Est. Ing. Jose Mauricio Peña Wilches

Universidad de Pamplona

Facultad de Ingenierías y Arquitectura

Departamento de Eléctrica, Electrónica, Sistemas y Telecomunicaciones

Programa de Ingeniería Electrónica

Asignatura Electrónica de Potencia

2011

Objetivos

Objetivo General

Controlar el movimiento de un motor de corriente continua (DC) por medio de la

configuración puente h con Amplificadores Darlington.

Objetivos Específicos

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

Marco Teórico

Motores DC: El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en

mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas

aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas

modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.

Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de

posición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de

control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido

en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados

de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto

los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes

y tranvías) o de precisión (máquinas, micro motores, etc.)

La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad

desde vacío a plena carga.

El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes

circulantes por los devanados inductor e inducido.

La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido

del campo magnético o de la corriente del inducido.

Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido.

Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán

en la caja de bornes de la máquina, y además el ciclo combinado producido por el rotor produce la

fuerza magnetomotriz.

El sentido de giro lo podemos determinar con la regla de la mano derecha, la cual nos va a mostrar

el sentido de la fuerza. La regla de la mano derecha es de la siguiente manera: el pulgar nos

muestra hacia dónde va la corriente, el dedo índice apunta en la dirección en la cual se dirige el

flujo del campo magnético, y el dedo medio hacia dónde va dirigida la fuerza resultante y por lo

tanto el sentido de giro.

TIPOS DE MOTORES D.C

Los motores D.C se clasifican de acuerdo al tipo de bobinado del campo como motores Serie,

Shunt, Shunt estabilizado, o Compuesto. Sin embargo algunos de ellos pueden ser auto excitados o

de excitación separada o pueden tener campos de imán permanente.

Ellos muestran curvas muy diferentes de torque-velocidad y se conectan en diferentes

configuraciones para diferentes aplicaciones.

Algunos motores D.C utilizan imán permanente como campo principal, especialmente los de

potencia (HP) fraccionada (1/4,1/2,3/4) y baja potencia.

Los motores de imán permanente tienen la ventaja de no requerir una fuente de potencia para el

campo, pero tienen la desventaja de ser susceptibles a la des magnetización por cargas de choque

eléctricas o mecánicas. Los campos de imán permanente no se pueden ajustar para entonar el

motor para ajustarse a la aplicación, como pueden los de campo bobinado.

MOTOR SHUNT:

En un motor shunt, el flujo es constante si la fuente de poder del campo es fija. Asuma que el

voltaje de armadura Et es constante. A medida que la corriente de la carga disminuye desde plena

carga a sin carga, la velocidad debe aumentar proporcionalmente de manera que la fuerza contra

electromotriz aumentará para mantener la ecuación en balance. A voltaje nominal y campo

completo, la velocidad del motor shunt aumentará 5% a medida que la corriente de carga

disminuya de plena carga a sin carga. La reacción de armadura evita que el flujo de campo

permanezca absolutamente constante con los cambios en la corriente de la carga. La reacción de

armadura, por lo tanto causa un ligero debilitamiento del flujo a medida que la corriente aumenta.

Esto tiende a aumentar la velocidad del motor. Esto se llama “inestabilidad” y el motor se dice que

está inestable.

MOTOR SERIE:

En un motor serie, el flujo del campo es una función de la corriente de la carga y de la curva de

saturación del motor. A medida que la corriente de la carga disminuye desde plena carga, el flujo

disminuye y la velocidad aumenta. La rata de incremento de velocidad es pequeña al principio

pero aumenta a medida que la corriente se reduce. Para cada motor serie, hay una mínima carga

segura determinada por la máxima velocidad de operación segura.

MOTOR COMPUESTO (COMPOUND):

Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt como

se ve en la figura. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es

conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura.

El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varia, y es

directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su flujo se

añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de

esta manera y se denominan como compound acumulativo.

Esto provee una característica de velocidad la cual no es tan “dura” o plana como la del motor

shunt, no tan “suave” como un motor serie. Un motor compound tiene un limitado rango de

debilitamiento de campo, la debilitación del campo puede resultar en exceder la máxima

velocidad segura del motor sin carga. Los motores D.C compound son algunas veces utilizados

donde se requiera una respuesta estable de torque constante a través de un amplio rango de

velocidad.

MOTOR SHUNT ESTABILIZADO:

Para vencer la potencial inestabilidad de un motor recto shunt y reducir la “caída” de velocidad de

un motor compound, un ligero devanado serie es arrollado sobre el devanado shunt. El flujo del

devanado serie aumenta con la corriente de carga y produce un motor estable con una

característica de caída de velocidad para todas las cargas.

El devanado serie es llamado un campo estabilizador o “stab” y el motor un motor shunt

estabilizado. La regulación de velocidad de un motor shunt estabilizado es típicamente menor al

15%.

La mayoría de los motores Reliance Super RPM y RPM III son shunt estabilizados. Cuando el campo

shunt del motor es debilitado para aumentar la velocidad a un nivel de operación más alto, el flujo

del devanado serie llega a ser un porcentaje mayor del flujo total, de manera que a medida que la

corriente aumenta, la caída de velocidad es un porcentaje mayor que antes.

En aplicaciones donde la inestabilidad resultante pudiera afectar seriamente el funcionamiento de

la maquina (movida por el motor), el campo serie puede desconectarse. En aplicaciones donde los

efectos de estabilidad nos son críticos, como en un frenado regenerativo, el campo serie puede

utilizarse para mejorar el rendimiento que el provee.

Cuando el campo serie no se conecta, el fabricante del control debe asegurar que la máxima

velocidad segura del motor no es excedida y debe reconocer la perdida de torque que resulta de la

operación del motor shunt estabilizado sin el devanado serie.

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.

Diagrama esquemático de un puente H

Un puente H es básicamente un arreglo de CUATRO interruptores acomodados de la siguiente

manera:

Fig. 1 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.

Si se cierran solamente los contactos A y D la corriente circulará en un sentido a través del motor,

y si se cierran solamente los contactos B y C la corriente circulará en sentido contrario. De

preferencia nunca cierres los contactos A y B al mismo tiempo (tampoco C y D) porque podrías

fundir un fusible en alguna parte.

Fig.2 Diagrama Funcionamiento Puente H con Swicht

El puente H se usa para invertir el giro de un motor, pero también puede usarse para frenarlo (de

manera brusca), al hacer un corto entre las bornes del motor, o incluso puede usarse para permitir

que el motor frene bajo su propia inercia, cuando desconectamos el motor de la fuente que lo

alimenta. En el siguiente cuadro se resumen las diferentes acciones.

S1 S2 S3 S4 Resultado

1 0 0 1 El motor gira en avance

0 1 1 0 El motor gira en retroceso

0 0 0 0 El motor se detiene bajo su inercia

0 1 0 1 El motor frena (fast-stop)

Tabla 1. Funcionamiento de un motor DC con configuración Puente H

Lo más habitual en este tipo de circuitos es emplear interruptores de estado sólido

(como Transistores), puesto que sus tiempos de vida y frecuencias de conmutación son mucho

más altos.

Además los interruptores se acompañan de diodos (conectados a ellos en paralelo) que permitan a

las corrientes circular en sentido inverso al previsto cada vez que se conmute la tensión, puesto

que el motor está compuesto por bobinados que durante breves períodos de tiempo se opondrán

a que la corriente varíe.

Puente H (con transistores NPN y PNP)

En este caso el puente H consta de transistores NPN y PNP (par complementario).

Notar que si colocamos “1” o activamos en las bases de T1y T3 puesto que los transistores

entrarían en su estado de Saturación y “0” o desactivamos 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 colocamos “0” en las

bases de T1 T3 y “1” en T2 T4, se establece un sentido de circulación de corriente IL contrario.

Nuevamente podemos controlar el sentido de giro del motor M.

Fig. 3 Esquema Puente H con Transistores PNP y NPN

Típicamente T1=T2 y T3=T4. Ej.: TIP41 y TIP42

VL (tensión de trabajo del motor) e IL son datos. Para lograr nuestro objetivo elegiremos 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.

Sería ideal que trabajen en saturación. Como los “1” y “0” representan la activación o

desactivación de los transistores dependiendo del estado en que los deseemos trabajar y

considerando que generalmente esta salidas corresponden a un circuito digital el cual no

proporciona la corriente suficiente para el movimiento del motor seguramente tendremos que

agregar transistores adicionales al circuito para manejar las corrientes de bases de los T1-T2-T3-T4.

Para solucionar este problema se utilizara una configuración de amplificación Darlington que

consta de transistores acomodados en las bases de los transistores de potencia que se conocerán

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.

Fig. 4 Puente H con Darlington

Este agregado de transistores también es una solución para el caso de que los Transistores BJT

sean todos NPN como el caso analizado al principio del apunte.

Si circulamos (aplicando la ley de Kirchhoff de mallas), quedará la siguiente expresión:

VA – IB1A.RB1 – VBE1A – VBE1B – IL*RL - VEB4B – VEB4A - IB4A*RB4 = 0

Consideramos por las simetrías de la configuración, que las corrientes de base de los TBJA son

iguales (IB) lo mismo que las RB (R). También para simplificar consideramos que el motor se

comporta como una resistencia RL = VL/IL.

VA – IB.R – VBE1A – VBE1B – IL*RL - VEB4B – VEB4A - IB*R = 0

Como VEB = VBE = 0.7 V (Los Transistores BJT son de silicio)

VA – 2*IB.R – 2.8v – IL*RL = 0 (1)

VA – 2.8v – IL*RL = 2*IB.R

𝑅 =𝑉𝐴 – 2.8𝑣 – 𝐼𝐿 ∗ 𝑅𝐿

2 ∗ 𝐼𝐵

Pero también se cumple por estar en zona activa todos los Transistores BJT:

IB = (IL /(HFEB + 1))/(HFEA + 1)

𝑅 =𝑉𝐴 – 2.8𝑣 – 𝐼𝐿 ∗ 𝑅𝐿

2 ∗ 𝐼𝐵

De esta forma tenemos un valor para las resistencias de base, deberá normalizarse y recalcular

Corrientes y tensiones para demostrar que satisfacen lo pedido.

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 poner dos o tres transistores

sobre un chip fue patentada por él, pero no la idea de poner un número arbitrario de

transistores que originaría la idea moderna de circuito integrado.

Fig. 5 Diagrama de la 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.

También tiene un mayor desplazamiento de fase en altas frecuencias que un único transistor, de

ahí que pueda convertirse fácilmente en inestable. La tensión base-emisor también es mayor,

siendo la suma de ambas tensiones base-emisor, y para transistores de silicio es superior a 1.2V.

La beta de un transistor o par Darlington se halla multiplicando las de los transistores individuales.

La intensidad del colector se halla multiplicando la intensidad de la base por la beta total.

Si β1 y β2son suficientemente grandes, se da que:

Un inconveniente es la duplicación aproximada de la base-emisor de tensión. Ya que hay dos

uniones entre la base y emisor de los transistores Darlington, el voltaje base-emisor equivalente es

la suma de ambas tensiones base-emisor:

Para la tecnología basada en silicio, en la que cada VBEi es de aproximadamente 0,65 V cuando el

dispositivo está funcionando en la región activa o saturada, la tensión base-emisor necesaria de la

pareja es de 1,3 V.

Otro inconveniente del par Darlington es el aumento de su tensión de saturación. El transistor de

salida no puede saturarse (es decir, su unión base-colector debe permanecer polarizada en

inversa), ya que su tensión colector-emisor es ahora igual a la suma de su propia tensión base-

emisor y la tensión colector-emisor del primer transistor, ambas positivas en condiciones de

funcionamiento normal. (En ecuaciones, VCE2 = VBE2 + VCE1, así VC2 > VB2 siempre.) Por lo tanto, la

tensión de saturación de un transistor Darlington es un VBE (alrededor de 0,65 V en silicio) más alto

que la tensión de saturación de un solo transistor, que es normalmente 0,1 - 0,2 V en el silicio.

Para corrientes de colector iguales, este inconveniente se traduce en un aumento de la potencia

disipada por el transistor Darlington comparado con un único transistor.

Otro problema es la reducción de la velocidad de conmutación, ya que el primer transistor no

puede inhibir activamente la corriente de base de la segunda, haciendo al dispositivo lento para

apagarse. Para paliar esto, el segundo transistor suele tener una resistencia de cientos de ohmios

conectada entre su base y emisor. Esta resistencia permite una vía de descarga de baja

impedancia para la carga acumulada en la unión base-emisor, permitiendo un rápido apagado.

Pre-diseño

Cálculo Y Selección De Materiales

Basados en el esquema del circuito presentado a continuación haremos una preselección de los

componentes a utilizar en mencionado circuito

Fig. 6 Esquema General Puente H con amplificadores Darlington

Transistores de Potencia:

Q1 y Q3: TIP 42

Q5 Y Q7: TIP 41

Transistores impulsores:

Q2 y Q4: 2N3906

Q6 y Q8: 2N3904

LVK En la malla I

−10 + 𝑉𝐶𝐸1 + 𝑉𝑀 + 𝑉𝐶𝐸7 = 0(1)

Como Q1 y Q7 están en saturación

𝑄7 = 𝑄1 = 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 (2)

Del cual obtenemos

𝑉𝑀 = 10 − 2𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 (3)

Realizamos un LVK en el nodo 1

𝐼𝑀 = 𝐼𝐶8 + 𝐼𝐶7 (4)

Sabiendo que Q3, Q4, Q5 y Q6 están en cohorte (no conducen corriente) y estamos analizando la

malla III tenemos el siguiente circuito equivalente

Fig. 7 Circuito Equivalente Malla III

Basado en el circuito consideramos que

𝐼𝐵7 = 𝐼𝐸8

Aplicando una vez más LVK, pero, esta vez en la malla III obtenemos

−𝑉𝑏 + 𝑉𝐵𝐸8 + 𝑉𝐵𝐸7 + 𝐼𝐵8 ∗ 𝑅𝐵𝐵 = 0 (5)

Estando Q7 y Q8 en saturación consideramos

𝑉𝐵𝐸8 = 𝑉𝐵𝐸7 = 𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 = 0,7 𝑉𝑙𝑡𝑠(6)

𝐼𝐶7

𝐼𝐵7< 𝛽7(7)

Además,

𝐼𝐸8

𝐼𝐵8< 𝛽8 + 1(8)

Despejando la ecuación anterior

𝐼𝐸8 < 𝛽8 + 1 𝐼𝐵8 (9)

𝐼𝐸7 < 𝛽7 + 1 𝐼𝐵7 (10)

Teniendo como la corriente de base del transistor 7 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)

Y sabiendo que

𝐼𝐶8 =𝛽8

𝛽8 + 1𝐼𝐸8 → 𝐼𝐶8 =

𝛽8

𝛽8 + 1𝐼𝐵7 → 𝐼𝐶8 =

𝛽8

𝛽8 + 1

𝐼𝐶7

𝛽7 (13)

Decimos

𝐼𝐶7 = 𝐼𝑀 − 𝐼𝐶8 → 𝐼𝐶7 = 𝐼𝑀 −𝛽8

𝛽8 + 1

𝐼𝐶7

𝛽7 (14)

Donde la corriente que pasa por el motor es igual a:

𝐼𝑀 = 𝐼𝐶7 1 −𝛽8

(𝛽8 + 1)𝛽7 (15)

𝐼𝐶7 =𝐼𝑀𝛽8

(𝛽8 + 1)𝛽7

(16)

Operando la ecuación anterior

𝐼𝐶7 =𝛽7 𝛽8 + 1

𝛽7 𝛽8 + 1 + 𝛽8𝐼𝑀 (17)

Por consideraciones anteriores

𝐼𝐶7 < 𝛽7 𝛽8 + 1 𝐼𝐵8 (18)

Después de estas consideraciones se tiene

−𝑉𝑏 + 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 + 𝐼𝐵8 ∗ 𝑅𝐵𝐵 = 0 (19)

Despejando la corriente de base tenemos

𝐼𝐵8 =𝑉𝐵 − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛

𝑅𝐵𝐵 (20)

Tomando en cuenta las consideraciones pasadas

𝐼𝐵8 >𝐼𝐶7

𝛽7 𝛽8 + 1 (21)

Así; 𝐼𝐶7

𝛽7 𝛽8 + 1 <

𝑉𝐵 + 𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛

𝑅𝐵𝐵 ≡ 𝐼𝐶7 <

𝑉𝐵 − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛

𝑅𝐵𝐵 𝛽7 𝛽8 + 1 (22)

Remplazando (21) en (22)

𝛽7 𝛽8 + 1

𝛽7 𝛽8 + 1 + 𝛽8𝐼𝑀 <

𝑉𝐵 − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛

𝑅𝐵𝐵 𝛽7 𝛽8 + 1

Operando y despejando RBB

𝑅𝐵𝐵 <𝛽7 𝛽8 + 1 + 𝛽8

𝐼𝑀 𝑉𝐵 − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛

Realizamos un LVK en el nodo 2

𝐼𝑀 = 𝐼𝐶1 + 𝐼𝐶2 (23)

Sabiendo que Q3, Q4, Q5 y Q6 están en cohorte (no conducen corriente) y estamos analizando la

malla II tenemos el siguiente circuito equivalente

Fig. 8 Circuito Equivalente Malla II

Basado en el circuito consideramos que

𝐼𝐵1 = 𝐼𝐸2

Aplicando una vez más LVK, pero, esta vez en la malla III obtenemos

−𝑉+ + 𝑉𝐵𝐸2 + 𝑉𝐵𝐸1 + 𝐼𝐵2 ∗ 𝑅𝐵𝐶 + 𝑉𝐶 = 0 (24)

Estando Q7 y Q8 en saturación consideramos

𝑉𝐵𝐸2 = 𝑉𝐵𝐸1 = 𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 = 0,7 𝑉𝑙𝑡𝑠(25)

𝐼𝐶1

𝐼𝐵1< 𝛽1(26)

Además, 𝐼𝐸2

𝐼𝐵2< 𝛽2 + 1(27)

Despejando la ecuación anterior

𝐼𝐸2 < 𝛽2 + 1 𝐼𝐵2 (28)

𝐼𝐸1 < 𝛽1 + 1 𝐼𝐵1 (29)

Teniendo como la corriente de base del transistor 1 es igual a la del emisor 2 obtenemos

𝐼𝐶1 < 𝛽1 𝛽2 + 1 𝐼𝐵2 (30)

Del análisis realizado en el nodo 2

𝐼𝑀 = 𝐼𝐶2 + 𝐼𝐶1 (31)

Y sabiendo que

𝐼𝐶2 =𝛽2

𝛽2 + 1𝐼𝐸2 → 𝐼𝐶2 =

𝛽2

𝛽2 + 1𝐼𝐵1 → 𝐼𝐶2 =

𝛽2

𝛽2 + 1

𝐼𝐶1

𝛽1 (32)

Decimos

𝐼𝐶1 = 𝐼𝑀 − 𝐼𝐶2 → 𝐼𝐶1 = 𝐼𝑀 −𝛽2

𝛽2 + 1

𝐼𝐶1

𝛽1 (33)

Donde la corriente que pasa por el motor es igual a:

𝐼𝑀 = 𝐼𝐶1 1 −𝛽2

(𝛽2 + 1)𝛽1 (34)

𝐼𝐶1 =𝐼𝑀𝛽2

(𝛽2 + 1)𝛽1

(35)

Operando la ecuación anterior

𝐼𝐶1 =𝛽1 𝛽2 + 1

𝛽1 𝛽2 + 1 + 𝛽2𝐼𝑀 (36)

Por consideraciones anteriores

𝐼𝐶1 < 𝛽1 𝛽2 + 1 𝐼𝐵2 (37)

Después de estas consideraciones se tiene

−𝑉+ + 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 + 𝐼𝐵2 ∗ 𝑅𝐵𝑐 + 𝑉𝑐 = 0 (38)

Despejando la corriente de base tenemos

𝐼𝐵8 =𝑉+ − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 − 𝑉𝑐

𝑅𝐵𝑐 (39)

Tomando en cuenta las consideraciones pasadas

𝐼𝐵2 >𝐼𝐶1

𝛽1 𝛽2 + 1 (40)

Así; 𝐼𝐶1

𝛽1 𝛽2 + 1 <

𝑉+ − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 − 𝑉𝑐𝑅𝐵𝑐

≡ 𝐼𝐶1 <𝑉+ − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 − 𝑉𝑐

𝑅𝐵𝑐 𝛽1 𝛽2 + 1 (41)

Remplazando (21) en (22)

𝛽1 𝛽2 + 1

𝛽1 𝛽2 + 1 + 𝛽2𝐼𝑀 <

𝑉+ − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 − 𝑉𝑐𝑅𝐵𝑐

𝛽1 𝛽2 + 1

Operando y despejando RBB

𝑅𝐵𝑐 <𝛽1 𝛽2 + 1 + 𝛽2

𝐼𝑀 𝑉+ − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 − 𝑉𝑐

Lista de componentes

Q1: TIP 42

Q2: 2N3906

Q3: TIP 42

Q4: 2N3906

Q5: TIP 41

Q6: 2N3904

Q7: TIP 41

Q8: 2N3904

Va: 5 V

Vb: 5 V

Vc: 5 V

Vd: 5 V

V+: 10 V

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:

VCE(sat)= 1,5 V

Voltaje Base-Emisor en Saturación:

Los transistores Q1, Q3, Q5 y Q7 por ser transistores impulsores 2N3904 y

2N3906 en parejas respectivas poseen las siguientes características

Ganancia mínima:

β = 30

Voltaje colector emisor en saturación:

VCE(sat)= -0,25 V

Voltaje Base-Emisor en Saturación:

Con los datos anteriores y las relaciones para el circuito calculo el valor de las resistencias

RBa = 𝑹𝑩𝒄= 1000

𝑅𝐵𝑎 <𝛽1 𝛽2 + 1 + 𝛽2

𝐼𝑀 𝑉+ − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛 − 𝑉𝑎

𝑅𝐵𝑎 <15 30 + 1 + 30

1 𝐴 10𝑉 − 2 0,7𝑉 − 5𝑉

𝑅𝐵𝑎 < 1782

RBb= Rbd= 1500

𝑅𝐵𝑐 <𝛽7 𝛽8 + 1 + 𝛽8

𝐼𝑀 𝑉𝑏 − 2𝑉𝐵𝐸𝑜𝑛

𝑅𝐵𝑐 <15 30 + 1 + 30

1𝐴 5𝑉 − 2 0,7 𝑉

𝑅𝐵𝑐 < 1783

VBE(sat)= 2,0 V

VBE(sat)= -0,85 V

Diagrama de Conexión

Fig. 8 Diagrama de Conexión

Análisis De Datos

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.

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.

Conclusiones

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

optimo.

Se demostró que 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

Los transistores que se encuentran en saturación cuando generamos 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

Bibliografía

BOYLESTAD, Robert L.1 Electrónica: Teoría De Circuitos, 6a. ed. Louis

Nashelsky

Amplificadores en Configuración Puente H; Electrónica Aplicada II; departamento de Electrónica; F.R Bahía Blanca Universidad Tecnológica Nacional

Referencias a la web

HTTP://WWW.FOROSDEELECTRONICA.C OM/F31/AMPLIFICADOR-DARLINGTON-7907/

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http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua

PÉREZ CASTIBLANCO, Faber Ernesto AMPLIFICADOR DARLINGTON; David Steven Ávila

Vela SENA (CEET) Feperez2@misena.edu.co

http://proton.ucting.udg.mx/~horacioh/; Ing. José Horacio García I Ing. Comunicaciones y Electrónica. Universidad De Guadalajara México; CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERIAS (C U C E I)