¿Qué es un puente H?.

Para poder invertir el giro de un motor de corriente continua es necesario invertir la polaridad en sus conectores:

Pero el sistema tiene un inconveniente: hemos de cambiar los cables fisicamente, es decir, que cada vez que queramos cambiar el sentido de la rotación de nuestro motor, hemos de parar, desconectar, dar la vuelta a los cables y volver a montar. Imaginad que si estamos construyendo un robot, cuando queramos que este gire, tendremos que hacer toda la operación lo cual es bastante engorroso.

Un sistema alternativo es usar 4 interruptores y colocar el motor de esta forma:

A esta forma de conexión se la denomina PUENTE H. Solo hay que fijarse en la forma que tiene para entender el nombre. ¿Cómo funciona? Si apretamos el interruptor superior izquierda y el inferior derecha veremos que la corriente fluye a través del motor en el sentido de las agujas del reloj:

Si apretamos el interruptor superior derecha y el inferior izquierda, vemos que la corriente ahora fluye por el motor en el sentido contrario, haciendo que el motor gire en sentido contrario:

Hemos de tener cuido de no cerrar los interruptores de una misma rama ya que provocariamos un cortocircuito:

Una situación interesante en un puente H es que ocurre cuando los interruptores superiores o los inferiores están cerrados. En esta situación cuando el motor intente girar por si mismo (por ejemplo, la inercia del propio movimiento), generará un campo electromagnético que se opondrá al movimiento, pero hay una corriente que impide que ese campo se mueva, por lo tanto "frena" el motor. En este caso tenemos lo que se conoce como FRENO ELECTRICO.

En la práctica no se suelen usar interruptores, ya que eso igualmente implica cambiarlos manualmente. Antiguamente se usaban relés haciendo la función de interruptores, con cuatro relés consigues un puente H. Actualmente los puentes suelen implicarse usando transistores.

El medio puente H.

En el apartado anterior vimos como funciona un puente H y dijimos que podíamos sustituir dichos interruptores por relés, en este caso cuatro. Pero hay un técnica que se suele usar para reducir el número de relés, aprovechando que cualquier relé tendrá los contactos NO (Abierto) y NC (Cerrado). Esta técnica se llama el medio puente H.

Dado que si hacemos un puente H con transistores va a salir más barato que hacerlo con relés, el medio puente H casi no es utilizado, aunque si hay un caso especial en el que el medio puente H es más útil: los cabrestantes de todoterreno. Estos cabrestantes suelen tener un motor DC que consume un gran amperaje 400A, haciendo que el uso de transistores con su electrónica asociada encarezca el precio cuando un relé sale mas barato.

En esta configuración el motor permanece "frenado" estando conectado a la tierra del vehículo, y sin consumir.

Se disponen de dos pulsadores SC "soltar cable" y RC "recoger cable" que serán los encargados de activar un relé cada vez. Generalmente estos pulsadores están conectados a un mando externo con un cable largo hacia el cabrestante.

Cuando accionamos el pulsador SC, activamos el relé correspondiente haciendo girar al motor en un sentido. Se consigue que el motor gire en el otro sentido pulsando el boto RC.

El puente H con transistores.

El transistor cuando está saturado se comporta como un "interruptor". Aprovechando esta propiedad se pueden sustituir los interruptores por transistores de la siguiente forma:

De esta forma, cuando introduzcamos corriente a través de A y D (la base de Q1 y Q4) se producirá el giro del motor en una dirección y lo hagamos a través de B y C (Q2 y Q4) el motor girará en sentido contrario.

Como véis, el funcionamiento es igual que cuando usabamos interruptores, aunque hay que tener en cuenta varias cosas:

• No se suelen usar transistores NPN solamente. En la parte superior del puente los transistores Q1 y Q3 suelen ser del tipo PNP.
• Hay que polarizar los transitores. Si montaramos directamente el circuito propuesto quemariamos los transistores.
• Hay que añadir una lógica de control extra para controlar las bases de los transistores.
• Los motores son cargas inductivas, eso quiere decir que producen picos de tensión cuando se desenergizan, con lo que es necesario usar diodos en antiparalelo para evitar dañar los circuitos alrededor del motor.

Todos estos motivos hacen que fabricar tu propio puente H sea un calvario de cálculos y no sea rentable, excepto si es por cacharrear y aprender. En su lugar se usan circuitos integrados que ya disponen de toda la electrónica necesaria para funcionar y en el mismo espacio.

El l293D

El L293D es un quadruple medio puente H (dos puentes H completos), lo cual nos permite controlar dos motores pequeños a la vez. Puede controlar tensiones de motor entre los 4.5v y los 36v soportando una corriente continua de 600mA con picos de 1.2A.

Al usar este chip hemos de tener en cuenta algunas cosas:

• El chip tiene un encapsulado DIL16 y no posee ningún accesorio de adquisición fácil del calor, asi que es recomendable usar una PCB donde haya un plano de masa generoso alrededor de los pines GND.
• En la salida y debido a las caracteristicas de los transistores internos se produce una caida de tensión en el motor de unos 2v. Esto quiere decir que si usamos un motor de 12 voltios, si aplicamos una tensión de 12 voltios en el pin VCC2, la tensión real en el motor será de 10 voltios. Si usamos una configuración en puente esta caida de tensión será mayor.
• Aunque la lógica de la entrada es compatible con TTL hemos de tener en cuenta que no se comporta exactamente como TTL, una entrada al aire nos producirá efectos no deseados, asi que lo recomendable es conectar todos los pines de control.

Según el datasheet se puede conectar ambos puentes de forma doble, aumentando la corriente que es capaz de suministrar, pero teniendo en cuenta que está no será de 1.2A como era de esperar sino de algo menos de corriente.

Para controlar el L293D debemos seguir la siguiente tabla:

Como nota final decir que la letra D del nombre indica que ya lleva incorporados diodos de protección en flyback (antiparalelo). Hay que tener cuidado a la hora de escoger el integrado ya que también existe la versión L293 (sin la D) que no dispone de dichos diodos y hay que añadirlos.

Veamos ahora como funciona el 555 en modo astable. En este modo el chip se convierte en un oscilador o, tambien, multivibrador. No hay un estado estable y continuamente cambia entre HIGH y LOW sin aplicar ninguna señal de disparo.

Solo necesitamos dos resistencias y un condensador. Los pins trigger y threshold están conectados juntos así que no es necesario un pulso de disparo externo. Inicialmente, la alimentación empezará a cargar el condesador a través de las resistencias R1 y R2. Como la tensión en la patilla trigger es menor que 1/3VCC el comparador de trigger tendrá su salida a 1, haciendo que el flip-flop se ponga a 1, "abriendo" el transistor de descarga.

Una vez el voltaje en el condensador alcance los 1/3 de VCC, la salida del comparador Trigger se volverá 0. En este punto no habrá ningún cambio ya que las dos entradas R y S del flip-flop son 0. Así que el voltaje a través del condensdor seguirá creciendo hasta alcancar los 2/3 de VCC. Justo en ese momento la salida del comparador de threshold se pondra a 1, haciendo que el flip-flop pase a valer 1, activando el transistor de descarga y permitiendo que el voltaje del condensador disminuya.

Mientras el condensador se descarga a través del pin Discharge su tensión disminuye y cuando la tensión decrece por debajo del 2/3 VCC el comparador valdrá 0, pero no ocurrira nada ya que la ambas señales del flip-flop serán 0. El condensador seguirá descarcandose hasta que la tensión en el sea inferior a los 1/3VCC. En ese momento la salida del comparador de Trigger se volverá 1, haciendo que el flip-flop se "setee" y valga uno, abriendo el transistor de descarga, y permitiendo que el condensador se vuelva a cargar de nuevo.

El proceso se repite una y otra vez, dando a la salida sensación de una onda cuadrada.

Ahora podemos calcular el tiempo en el que la salida está HIGH y LOW. El tiempo en HIGH (cuando el condensador está cargando) depende de las resistencia R1 y R2, además del capacidad del condensador. Por otro lado, el tiempo de LOW (cuando el condensador se descarga) depende solo de R2 y la capacidad. En la figura siguiente vemos las fórmulas para calcular THigh, TLow, TPeriodo y F (frecuencia):