ARD10 – Motores

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En este capítulo vamos a hacer un montaje conceptualmente muy simple: cuenta con un motor eléctrico. Al pulsar un botón, el motor recibe corriente y gira. Dicho así suena a poca cosa, pero nos va a venir muy bien para entender un concepto importante: los pines de salida de Arduino pueden proporcionar una señal de muy poca intensidad de corriente. Existen dispositivos que necesitan funcionar con tensiones o intensidades que la placa Arduino no puede manejar. Si conectásemos un pequeño motorcito eléctrico directamente a la placa, no llegaría a funcionar y, muy probablemente, la placa se dañaría irremisiblemente.

Figura 10.1. Un pequeño motor eléctrico.

Figura 10.1. Un pequeño motor eléctrico.

En la figura 10.1 vemos un motor eléctrico de 9V. como los que hay en cualquier pequeño juguete, robots experimentales, y otros muchos dispositivos.

Estos motores tienen dos terminales, que se conectan a una pila, u otra fuente de tensión Vcc. Normalmente, no tienen una polaridad específica. Si conectas los cables invertidos, lo único que ocurrirá es que cambiará el sentido de giro. Puedes adquirirlos por Internet, o en cualquier tienda de electrónica por muy poco dinero.

Para poder conectar una carga así a una placa Arduino es necesario recurrir a un componente electrónico que haga de válvula. La placa proporciona una señal que actúa sobre la válvula, y es esta la que da paso a la corriente para el motor. De este modo, la placa no tiene que proporcionar esa corriente (ni trabajar con 9V), así que queda protegida. Como “válvulas” se usan, básicamente, dos tipos de componentes: los puramente electrónicos (transistores y mosfet) y los electromecánicos (relés).

Las válvulas “puramente electrónicas” (o de estado sólido) tienen tres terminales. En los transistores estos se llaman Colector, Base y Emisor. Aplicando una señal de pequeña intensidad en la base, permitimos que fluya libremente una corriente de más intensidad entre el colector y el emisor. Variando la intensidad de la señal aplicada en la base, aumenta o disminuye, de forma proporcional, la corriente que circula entre el colector y el emisor. Por esta razón, este tipo de componentes son muy empleados, por ejemplo, en amplificadores de sonido.

Figura 10.2. Un transistor convencional a la izquierda, y un MOSFET a la derecha.

Figura 10.2. Un transistor convencional a la izquierda, y un MOSFET a la derecha.

En los transistores de tipo MOSFET los terminales se llaman Fuente, Puerta y Drenador (o Source, Gate y Drain, según la nomenclatura en inglés). Su función es la misma que la de los transistores, pero tienen determinadas características que les hacen más aptos para este montaje. Aplicando una señal digital de baja intensidad en la puerta permite el paso de alimentación entre la fuente y el drenador, lo que lo convierte en la válvula ideal para el montaje de este capítulo (y en general, para cualquier montaje en el que queramos controlar con Arduino una carga que la placa, por sí misma, no soporta).

Comercialmente, tanto los transistores convencionales como los MOSFET se encuentran con diversos encapsulados, dependiendo, principalmente, del uso al que los destine el fabricante. En la figura 10.2 vemos unos modelos típicos.

Existen gran variedad de modelos en el mercado. A la hora de decidirnos por uno u otro, deberemos consultar las datasheets de los distintos modelos, proporcionadas por los fabricantes. En este montaje el MOSFET que vamos a empelar el el IRF 520. Las hojas de datos, o datasheets, son importantes, también, porque nos indican el patillaje del componente elegido.

Como hemos visto, los transistores permiten que fluya más o menos corriente entre dos de sus terminales dependiendo de la señal que apliquemos en el terminal de control (la base o la puerta, según el tipo de transistor empleado). De todos modos, estos componentes tienen limitaciones respecto al máximo de corriente y tensión que pueden manejar. Por ejemplo, si nuestro montaje, en lugar de un pequeño motor a nueve voltios, fuera una bombilla doméstica a 220 V, no podríamos usar transistores para conectarla.

Figura 10.3. Un par de relés.

Figura 10.3. Un par de relés.

Y aquí es donde entran en juego los relés. Un relé es un conjunto de tres terminales, uno de los cuales es común. De los otros dos, uno está en circuito cerrado y el otro en circuito abierto, de forma que, variando la posición del terminal común, actúan como un conmutador (el que estaba cerrado se abre y el que estaba abierto, se cierra). De cambiar la posición física del terminal común se encarga una pequeña bobina que, cuando recibe corriente, se comporta como un electroimán. Una vez más, a la hora de decidirnos por un relé, deberemos consultar la datasheet del fabricante, tanto para conocer sus características como el patillaje. En la figura 10.3 vemos un ejemplo de relé (de los muchos que existen en el mercado).

Para saber más sobre transistores, consulta https://es.wikipedia.org/wiki/Transistor. Si quieres averiguar más sobre MOSFET, visita https://es.wikipedia.org/wiki/MOSFET. Por último, puedes leer más sobre relés en https://es.wikipedia.org/wiki/Relé.

EL CIRCUITO

Una vez que hemos sentado las bases fundamentales de este montaje en el apartado anterior, el esquema es muy simple, como vemos en la figura 10.4.

Figura 10.4. El esquema teórico de esta artículo.

Figura 10.4. El esquema teórico de esta artículo.

Como podemos apreciar, la puerta del MOSFET está conectada a una salida de Arduino. Cuando recibe señal, deja pasar la corriente de la pila entre la fuente y el drenador, permitiendo que el motor gire.

El diodo conectado entre los terminales del motor está, como puedes ver, invertido: el cátodo está conectado al positivo de la alimentación y el ánodo queda conectado a masa cuando el MOSFET deja pasar la corriente. Esto se usa para evitar “picos inversos” de tensión entre los terminales del motor. Durante el funcionamiento normal, como el diodo está invertido, no deja pasar corriente, y toda pasa por el motor, haciéndolo girar. Si se produce algún pico de tensión inversa (algo común en el momento del arranque de un motor eléctrico), este queda absorbido por el diodo. El circuito físico lo vemos en la figura 10.5.

Figura 10.5. El montaje cableado para controlar un motor.

Figura 10.5. El montaje cableado para controlar un motor.

EL SKETCH

Como ves, el código, a estas alturas, ya no nos aporta nada nuevo. Definimos los pines y en la salida (el que va a la puerta del MOSFET) escribimos el valor del pulsador.

     

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