Practica 10

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

Practica # 5

TEMA: Inversión de giro automática de un motor de corriente continúa mediante el uso de multivibradores y el puente H.

OBJETIVOS:

- Diseñar y Verificar que el giro de un motor de CC sea invertido mediante un circuito de Puente H, comandado además por un biestable y aestable transistorizados.

- Dimensionar los componentes, para que los transistores del circuito trabajen en conmutación.

- Diseñar y armar una fuente de CC que respalde la aplicación.

MATERIALES:

- Multímetro, proto board, pinzas- Un motor de corriente continua.- Set de resistencias - Cable multipar.- 2 micropulsantes.- 2 focos led de 12v 0.5w - 6 transistores NPN 2n3904 - 2 transistores PNP 2n3906- condensadores. (10, 680, 220,47,330,3300)µf.- 1 interruptor. - 2 pulsantes. (Normalmente abierto)- Transformador ( 110v a 12v)- 4 Diodos (1A/100V) - Regulador 7812

NOTA: Complete el cuadro anterior con las características comerciales de cadaelemento según sea su diseño incluyendo la fuente.

MARCO TEORICO: (Investigue y profundice sobre algunas aplicaciones del los multivibradores y el puente H en la electrónica de control.)

Multivibrador:

En electrónica, un multivibrador es un circuito oscilador capaz de generar una onda cuadrada. Según su funcionamiento, los multivibradores se pueden dividir en dos clases:

De funcionamiento continuo, astable o de oscilación libre: genera ondas a partir de la propia fuente de alimentación.

De funcionamiento impulsado: a partir de una señal de disparo o impulso sale de su estado de reposo.

o Si posee dos de dichos estados, se denomina biestable.

ELECTRONICA A/D 1

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

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


o Si poseen uno, se le llama monoestable.

En su forma más simple son dos simples transistores realimentados entre sí. Usando redes de resistencias y condensadores en esa realimentación se pueden definir los periodos de inestabilidad.

EL AESTABLE.

En electrónica, un astable es un multivibrador que no tiene ningún estado estable, lo que significa que posee dos estados "quasi-estables" entre los que conmuta, permaneciendo en cada uno de ellos un tiempo determinado. La frecuencia de conmutación depende, en general, de la carga y descarga de condensadores.

Entre sus múltiples aplicaciones se cuentan la generación de ondas periódicas (generador de reloj) y de trenes de impulsos.

En la Figura 1 se muestra el esquema de un multivibrador astable realizado con componentes discretos.

Figura 1.- Circuito multivibrador astable

El funcionamiento de este circuito es el siguiente:

Al aplicar la tensión de alimentación (Vcc), los dos transistores iniciaran la conducción, ya que sus bases reciben un potencial positivo a través de las resistencias R-2 y R-3, pero como los transistores no serán exactamente idénticos, por el propio proceso de fabricación y el grado de impurezas del material semiconductor, uno conducirá antes o más rápido que el otro.

Supongamos que es TR-1 el que conduce primero. En estas condiciones el voltaje en su colector estará próximo a 0 voltios, por lo que el C-1 comenzará a cargarse a través de R-2. Cuando el voltaje en C-1 alcance los 0,6 V, TR-2 comenzará a conducir, pasando la salida a nivel bajo (tensión próxima a 0V). C-2, que se había cargado vía R-4 y unión base-emisor de TR-1, se descargará ahora provocando el bloqueo de TR-1.C-2 comienza a cargarse vía R-3 y al alcanzar la tensión de 0,6 V provocará nuevamente la conducción de TR-1, la descarga de C-1, el bloqueo de TR-2 y el pase a nivel alto (tensión próxima a Vcc (+) de la salida Y).A partir de aquí la secuencia se repite indefinidamente, dependiendo los tiempos de conducción y bloqueo de cada transistor de las relaciones R-2/C-1 y R-3/C-2. Estos tiempos no son necesariamente iguales, por lo que pueden obtenerse distintos ciclos de trabajo actuando sobre los valores de dichos componentes.

ELECTRONICA A/D 2

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

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Astable.png


Puente 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.

El término "puente H" proviene de la típica representación gráfica del circuito. Un puente H se construye con 4 interruptores (mecánicos o mediante transistores). Cuando los interruptores S1 y S4 (ver primera figura) están cerrados (y S2 y S3 abiertos) se aplica una tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores S1 y S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido inverso del motor.Con la nomenclatura que estamos usando, los interruptores S1 y S2 nunca podrán estar cerrados al mismo tiempo, porque estocortocircuitaría la fuente de tensión. Lo mismo sucede con S3 y S4.

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 bornas 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.

PROCEDIMIENTO:1. Diseñar y armar una fuente de CC que a su salida entregue el voltaje y corriente necesarios para respaldar su aplicación. (es preferible que para la etapa de regulación utilice un CI). (Practica 3)CIRCUITO DE LA FUENTE DE CC:

DATOS Y RESUMEN DE CALCULOS PARA EL DISEÑO DE LA FUENTE:Datos:Vef = 12V.R.motor = 8.5Ω

ELECTRONICA A/D 3

D11N4004

D21N4004

D31N4004

D41N4004

V1

12 Vrms 60 Hz 0°

C13.3mFIC=35V

U3LM7812CTLINE VREG

COMMON

VOLTAGE

C210nF

J1

Key = A

T1

9

28

7

6

5

4

13

U1

0.5_AMP

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


Calculos:Vp = Vef / 0.707 = 12 / 0.707 = 16.97V.

Vmax = Vp – 1.2V = 16.97V – 1.2V = 15.77V.

V.medio = Vmax * 0.636 = 15.77V * 0.636 = 10.02V.

iRc = 1A.

Vmax.inverso = Vp

iD = iRc / 2 = 1A / 2 = 0.5A

Fusible = 500mA.

Condensador:

C = (iRc * t ) / ∆V = ( 1A * 8.36msg ) / 3V. = 2.78mf = 3300 μf

CUADRO DE MATERIALES DIMENSIONADOS (FUENTE):

Elemento Características comerciales ValoresTransformador Vp, Vs, Potencia o Intensidad 110v, 12v, 1ACondensador Capacidad y voltaje 3300 μfDiodos Intensidad y voltaje máximo

inverso.1A/100v

Fusible Intensidad ½ ARegulador (7812) Código del regulador Regula a 12v.

Armar la fuente, comprobar la forma y el valor del voltaje de salida.Forma (GRAFICO):

ELECTRONICA A/D 4


ESCALAS PARA LAS SALIDAS:

X: 2 ms Y: 5 V.

V.sal = 11.6V

2. Diseñar, calcular y dimensionar un circuito que comande un motor de C.C, bajo las siguientes condiciones: El motor inicia detenido, al aplastar un pulsante (biestable) el motor gira 5 segundos en un sentido y 3 segundos en otro sentido automáticamente y de manera indefinida (aestable), hasta accionar otro pulsante que apaga el motor. Puede utilizar focos para indicar cada estado del motor. (se supone que la fuente diseñada en el punto anterior esta lista para alimentar este circuito)

CIRCUITO COMPLETO (INCLUIDO LA FUENTE):

ELECTRONICA A/D 5


ELECTRONICA A/D 6


CRITERIOS DE DISEÑO Y EXPLICACION DEL FUNCIONAMIENTO: (Puede usar gráficos parciales, diagramas en bloques, …)

Fuente de CC: Tienen la misión de suministrar voltaje a los diferentes circuitos este voltaje es un voltaje de corriente continua.

El circuito Aestable: Dentro de este circuito tenemos resistencias, condensadores y transistores, que previamente diseñados los condensadores, estos se cargan y descargan en un tiempo dado, que están en base a la capacidad de los condensadores, son estos condensadores que envían la señal hacia el circuito del puente H.

El circuito Biestables: Este circuito también conocido como circuito de memoria, nos brinda la posibilidad de que mediante pulsantes saturamos uno de sus transistores y rápidamente se queda en ese estado, y con otro pulsante hacemos otra saturación teniendo otra señal.

El puente H: Este circuito tiene la finalidad de invertir el sentido de giro del motor, recibiendo la señal de los circuitos del biestable y el aestable, estos circuitos envián su señal y el puente H satura ciertos transistores dando movimiento al motor de corriente coniua.

Ahora, ANTES DE CALCULAR los elementos del diseño, necesitamos recoger todos los datos necesarios:

ELECTRONICA A/D 7


Características del motor:

Voltaje de alimentación (V): 11.60V

Corriente (mA): 65 mA

Otras características: 97 Ω

Características de los transistores a usar (consultar un catalogo y/o medir):

Transistores HFE Tipo (código) Otras características

Q1 (puente) 140 2N3906 Complemento del 2N3906 (PNP)

Q2 (puente) 143 2N3906 Complemento del 2N3906 (PNP)

Q3 (puente) 181 2N3904 NPN

Q4 (puente) 182 2N3904 NPN

Q5 (aestable) 220 2N3904 NPN

Q6 (aestable) 218 2N3904 NPN

Q7 (biestable) 178 2N3904 NPN

Q8 (biestable) 183 2N3904 NPN

Apariencia y terminales de los transistores usados:

Como podemos observa en las figuras el transistor 2N3906 y 2N3904 son fisicamente iguales y su conexión es de igual manera en ambos casos teniendo de izquierda a derecha EMISOR-BASE-COLECTOR.

ELECTRONICA A/D 8


TO-92 se refiere al tipo de transistor, en la figura se observan mas tipos, algunos de potencia,etc.

Con los datos recogidos realizar el cálculo,

CALCULO: (Empiece el cálculo desde el puente H, la corriente que consume el motor es la IC de los transistores del puente, luego calcula las resistencias de base del puente. Diseñe el aestable según los tiempos requeridos, la IC del aestable pudiera ser la ib del puente H calculada anteriormente…En definitiva calcule cada etapa por separado luego simplemente las acopla)PUENTE H:Datos:iMotor =ic = 65mA.HFE1 = HFE2 = 142HFE3 = HFE4 = 182G = 8

Con HFE1,2 = 142

Ib1,2 =( ic / HFE) * G =(65mA / 142) * 8 = 3.66mA

R1,2 = (VCC – VBE ) / ib1,2 = (11.6V – 0.6 ) / 3.66mA = 3K Ω

Con HFE3,4 = 182

Ib3,4 =( ic / HFE) * G =(65mA / 182) * 8 = 2.85mA

R1,2 = (VCC – VBE ) / ib1,2 = (11.6V – 0.6 ) / 2.85mA = 3.8K Ω

AESTABLE:Datos: t1 = 5 sg.t2 = 3 sg.HFE5,6 = 219G = 8Foco = 12V / 0.5W

ic1 = ic2 = Pf / Vf = 0.5W / 12V = 41.66mA

Ibsat = ( Ic1 / HFE ) * G = ( 4.66mA / 219 ) * 8 = 1.52 mA

Rb5,6 = (VCC – VBE ) / ib = (11.6V – 0.6 ) / 1.52mA = 7.22K Ω

C1 = t1 / (0.7 * Rb)

ELECTRONICA A/D 9


= 5sg / ( 0.7 * 7.22 K Ω) = 988.19μF

C2 = t1 / (0.7 * Rb) = 3sg / ( 0.7 * 7.22 K Ω) = 593.58μF

BIESTABLE:Datos:HFE = 180Focos ledG1 = 8G2 = 3

Icled = P / V = 0.101 W / 11.6V = 8.706mA

Ibsat = (Ic led / HFE ) * G = (8.706mA / 180) * 8 = 0.386mA

Rt = Rb1 + RledRled = VCC / ic = 11.6V / 8.706mA = 1.35 KΩ

Rt = ( VCC – VCE ) / ic = ( 11.6 – 0.6 ) / 8.706mA = 28.49 KΩ

Rb1 = Rt – Rled = 28.49KΩ – 1.35KΩ = 27.14 KΩ

Ibsat2 = (Ic led / HFE ) * G = (8.706mA / 180) * 3 = 0.145mA

Rb2 = ( VCC – VCE ) / ib2 = ( 11.6 – 0.6 ) / 0.145mA = 75.8 KΩ

3. Arme el circuito diseñado con la mayor estética posible y compruebe su funcionamiento. Como parte de la comprobación del buen funcionamiento del circuito mida los voltajes de salida del AESTABLE (entre colector y emisor de cada transistor) y llene los siguientes cuadros: (recuerde que todos los transistores trabajan en conmutación)

Motor en sentido 1 (5 segundos):

ELECTRONICA A/D 10


Voltaje de salida del aestable (VCE)

Transistor 1 0.20V

Transistor 2 10.52V

Motor en sentido 2 (3 segundos):Voltaje de salida del aestable (VCE)

Transistor 1 10.52V

Transistor 2 0.20V

Otras mediciones comprobatorias:

Medición de la resistencia de los focos de 0.5w 12v Intensidad del motor en funcionamiento: 65mA.

4. Tome una fotografía del circuito completo (incluido la fuente) armado y funcionando y preséntela como parte de este informe.

FOTOGRAFIA:

ELECTRONICA A/D 11


5. Simule el funcionamiento del circuito en el software correspondiente, en sus dos estados de funcionamiento. (en lugar de un motor puede utilizar diodos led).

Circuito Completo

ELECTRONICA A/D 12


D11N4004

D21N4004

D31N4004

D41N4004

V1

12 Vrms 60 Hz 0°

C13.3mFIC=35V

U3LM7812CTLINE VREG

COMMON

VOLTAGE

C210nF

J1

Key = A

T1

98

7

6

5

41

F1

12 V

Rb1

27.14kΩ

Q1

2N3904

Rb2

75.8kΩ

Q2

2N3904J2Key = Space J3

Key = Space

15

14

11

F3

12 V R37.22kΩ

Q3

2N3904

F4

12 V R47.22kΩ

Q4

2N3904

C3

988.19uF

C4

593.58uF

2019

Q5

2N3904

Q6

2N3904

Q7

2N3906

Q8

2N3906

R5

3kΩR6

3kΩ

R7

3.8kΩ

R8

3.8kΩ

D5

1N4004

D6

1N4004

M1

12 V

M2

12 V 38

37

36

35

31

3029

28

Q9

2N3904

12

13

10

R117.5kΩ

3

2

34

33

U1

0.5_AMP

F212 V

Foco girando (Motor) 5 segundos.

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Foco girando (Motor) 3 segundos.

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Circuito Apagado

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CONCLUSIONES:

Podemos concluir satisfechos debido a que si cumplieron los objetivos planteados al inicio de la práctica.

Uno de los principales inconvenientes que tuvimos durante la práctica es que los transistores 2N3906 estaban quemados y no funcionaba el circuito del puente H, por lo que tuvimos que revisar nuevamente todo el circuito, pero afortunadamente encontramos el problema y lo solucionamos.

Cabe mencionar que un transistor, cuando esta quemado o no funciona correctamente se lo debe descartar para no tener inconvenientes en los circuitos.

Podemos aclarar que un transistor 2N3906 y un 2N3904 son físicamente e inclusive su forma de conexión es la misma, pero su funcionamiento es distinto, el 2N3906 es un transistor PNP y el 2N3904 es un NPN.

Debido a valores comerciales y normas los condensadores calculados para el aestable, no existen comercialmente, teniendo que buscar los más cercanos a los valores calculados, si es que fuese un circuito de precisión se tendrían que rediseñar el circuito nuevamente.

Estos circuitos tienen amplias aplicaciones en la industria, para el avance o retroceso de por ejemplo motores de vidrios automáticos en el campo automotriz.

Existen diversas maneras de realizar un puente H pero todas tienen la misma función.

La resistencia Rb nos salió de gran valor debido a la intensidad de los diodos led, ya que estos se regularon previamente con una resistencia de 1K.

Se empleo un condensador de 1uF para proteger al CI de las caídas de voltaje y mejorar la onda.

Para garantizar el flujo de la ic debemos multiplicar por la garantía, esto fue nuestro primer error en diseño de nuestro circuito, no multiplicamos por la garantía en el diseño del puente H, por tal motivo nuestro circuito no nos funcionaba pero al corregir este erro nos funciono a la perfección.

Para alimentar al aestable se empleo un transistor NPN el cual se conecto el emisor y el colector a tierra (-), para este cometido se requirió de una resistencia de 17.2 K en la base (Rb) para garantizar la estabilidad de la señal.

BIBLIOGRAFÍA:

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http://www.fairchildsemi.com/ds/2N%2F2N3906.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Multivibrador http://es.wikipedia.org/wiki/Puente_H_(electr%C3%B3nica)

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