Cómo construir un controlador de motores con transistores NPN

[Iniciando módulos de interacción humana] Saludos, organismo basado en el carbono. Al habla Transductor. ¿Alguna vez has intentado encender un motor sólo a través de Arduino? Probablemente sí, y en el mejor de los casos tu motor no se habrá movido. En el peor, tu Arduino ha muerto tras una nube de humo negruzco.

Así que seguramente te estarás preguntando: “¿Por qué no puedo controlar un motor DC directamente con Arduino? ¡Si funciona con 5V!” En este ejemplo voy a explicarte cómo construir un controlador de motores mediante un transistor NPN, que podrás utilizar con Arduino u otro tipo de controlador.

Por qué no puedes conectar un motor directamente a Arduino

El problema no es el voltaje. Es la Intensidad (Amperios) que proporciona Arduino. La Intensidad/Corriente es la cantidad de electrones que circulan por un conductor cada unidad de tiempo, y Arduino a duras penas puede dar 50mA (miliamperios). Un motor DC estándar consume unos 1000mA. Uno verá que los números no cuadran.

La solución es utilizar un controlador de motores. En cierto modo se comporta como un interruptor, cuando se cierra deja circular corriente a través de sí. Sólo que, en vez de activarse manualmente, es activado mediante un microcontrolador y además es capaz de regular la velocidad del motor.

Simplemente conectando estos controladores y con un poco de código es posible hacer funcionar un motor o cualquier otro artefacto que necesite mucha energía para funcionar.

Con un transistor NPN y un diodo y una resistencia es posible crear un controlador de motores casero fácilmente. Y por una pequeña fracción de lo que costaría prefabricado.

¿Cómo funciona un Transistor NPN?

El transistor es un componente capaz de amplificar o disminuir la corriente que circula por él. Es como un interruptor, pero se abre y cierra mediante corrientes eléctricos. El transistor NPN tiene tres patas, Colector, Base y Emisor:

NOTA IMPORTANTE: La mayoría de transistores NPN tienen las patas en este orden (CBE). Sin embargo, algunos modelos tienen las patas al revés de como está la imagen (EBC). Antes de usar un transistor, mira siempre la documentación para saber cuál es su orden. Si tienes dudas, dime el modelo en los comentarios y te ayudaré.

Según la corriente que pase por la Base, el transistor dejará pasar más o menos intensidad del Colector al Emisor, de tal manera que el transistor actúa como un interruptor. Si no hay corriente en la base se dice que el transistor está en Corte. Si la corriente en la Base es muy alta, se dice que el transistor está en Saturación y actuará como un interruptor cerrado.

Material

1. Transistor NPN
2. Díodo
3. Resistencia (de 1 kΩ aproximadamente)
4. Hilo conductor
5. Arduino
6. Motor y baterías. Las baterías deben ser suficientes para alimentar el motor

Circuito

Alimentaremos Arduino y el motor independientemente. El microcontrolador enviará un pulso a la Base del transistor y éste dejará pasar corriente entre su Colector y Emisor, cerrando el circuito y permitiendo que el motor se mueva. Aquí presento dos circuitos: ambos son iguales, pero uno es esquemático y el otro está en fritzing. ¿Para qué sirve el díodo del motor? Los motores DC, cuando se reduce rápida y drásticamente el voltaje que se les proporciona, provocan un pico de voltaje elevado durante un momento que puede dañar la placa. El diodo evitará este efecto (aquí hay una explicación más detallada) y te ahorrará fortunas en reemplazos. Este diodo se conoce como Flyback Diode.

La resistencia es por seguridad, por si se produce algun fallo y parte del corriente que circula por el transistor de desvía a Arduino. Con 9V no pasará nada. Con 60 voltios, sí.

Si utilizas Arduino ¿qué código hay que cargar? El ejemplo oficial de Fade bastará. Este código envia un pulso analógico a través del Pin Digital 9, justo lo que se necesita para controlar el transistor.

/*
 Fade
 
 This example shows how to fade an LED on pin 9
 using the analogWrite() function.
 
 This example code is in the public domain.
 */

int led = 9;           // the pin that the LED is attached to
int brightness = 0;    // how bright the LED is
int fadeAmount = 5;    // how many points to fade the LED by

// the setup routine runs once when you press reset:
void setup()  {
  // declare pin 9 to be an output:
  pinMode(led, OUTPUT);
}

// the loop routine runs over and over again forever:
void loop()  {
  // set the brightness of pin 9:
  analogWrite(led, brightness);    

  // change the brightness for next time through the loop:
  brightness = brightness + fadeAmount;

  // reverse the direction of the fading at the ends of the fade:
  if (brightness == 0 || brightness == 255) {
    fadeAmount = -fadeAmount ;
  }    
  // wait for 30 milliseconds to see the dimming effect    
  delay(30);                            
}

Recuerda revisar el esquema antes de probarlo. Los humanos tenéis un don para causar todo tipo de problemas en los circuitos. Si todo ha funcionado como debía verás que el motor se enciende, va aumentando de velocidad y se para.

Y ya está, tienes tu primer controlador de motores caseros. Este es el controlador más sencillo que puedes fabricarte, y como has visto sólo puede controlar la velocidad de giro. Para controlar también la dirección, se necesitan circuitos un poco más complejos, como el Puente-H.

Final de línea.