Electrónica — Lab 03 · BJT Control Motor DC

⚠SEGURIDAD PRIMERO — Fuente eléctrica APAGADA durante todo el montaje. Solo activar cuando el docente revise el circuito completo.

Identificación de componentes

BJT NPN

Interruptor de potencia — pequeña I_B controla gran I_C

TIP31C · β = 50

Resistencia Base

Limita I_B para saturación correcta con FS = 3

1.2 kΩ comercial

Motor DC

Carga inductiva — requiere protección flyback

12V · 150 mA

Diodo Flyback

Protege contra FEM inversa del motor al apagar

1N4007 · antiparalelo

Interruptor SW1

Señal de control — 12V al cerrar → satura BJT

mecánico

LED Indicador

Estado visual ON — R_LED 220Ω–1kΩ requerida

cualquier color

Principio de operación

BJT como interruptor — saturación

En saturación el transistor actúa como interruptor cerrado: V_CE(sat) ≈ 0.2V y la tensión cae sobre el motor. Condición: I_B ≥ I_C / β. El Factor de Saturación FS = 3 garantiza saturación con variaciones de β y temperatura.

¿Por qué el diodo flyback?

El motor es carga inductiva. Al abrir el interruptor, la bobina genera un pico de tensión inversa que puede superar 100V y destruir el transistor. El diodo 1N4007 en antiparalelo ofrece un camino seguro de descarga.

Identifico el BJT NPN y sus terminales: Base (B), Colector (C), Emisor (E)

Comprendo que el transistor opera como interruptor en región de saturación

Entiendo la función del diodo flyback con cargas inductivas

Tengo todos los componentes sobre la mesa antes de iniciar

Datos del enunciado

V_CC = 12V · I_C = 150 mA · β = 50 · V_BEs = 0.7V · V_in = 12V · FS = 3

Desarrollo matemático paso a paso

Corriente de colector

Corriente que debe conmutar el transistor:

I_C = I_motor = 150 mA

Corriente mínima de base

I_B(min) = I_C / β = 150 mA / 50 = 3 mA

Saturación marginal — se aplica factor de seguridad.

R_B sin factor de saturación (referencia)

R_B = (12 − 0.7) / 0.003 = 3766.6 Ω

⚠ Sin FS — el transistor apenas alcanza saturación. Riesgo de calentamiento.

Aplicar FS = 3

I_B(fs) = 3 × 3 mA = 9 mA

Garantiza saturación profunda con variaciones de β y temperatura.

R_B de diseño — valor final

R_B = (12 − 0.7) / 0.009 = 1255.5 Ω

✓ R_B ≈ 1.24 kΩ → Comercial: 1.2 kΩ o 1.5 kΩ

Resistencia equivalente del motor

R_motor = 12V / 0.15A = 80 Ω

En simulación aparece como R1 ≈ 80.6 Ω (modelo simplificado del motor).

Esquemático del circuito

⚡El diodo 1N4007 en antiparalelo al motor: Cátodo (banda) → +12V, Ánodo → Colector. Al apagar el transistor, la energía de la bobina se descarga por el diodo.

Calculé I_B(min) = I_C / β = 3 mA

Apliqué FS = 3 → I_B(fs) = 9 mA

Obtuve R_B = 1255 Ω → selecciono 1.2 kΩ comercial

Entiendo la diferencia entre R_B sin FS (3.76 kΩ) y con FS (1.24 kΩ)

⚠Fuente APAGADA durante todo el montaje. Verificar polaridades del diodo y transistor antes de energizar. El docente debe revisar el circuito completo.

Vista del breadboard

Procedimiento de montaje

Insertar transistor Q1

Colocar TIP31C (o 2N2222) cruzando la división central. Identificar B, C, E según datasheet.

Colector → arribaEmisor → GND

Conectar el motor DC

Un terminal del motor al rail +12V. El otro terminal al Colector del transistor.

Motor(+) → +12VMotor(−) → Colector Q1

Diodo flyback D1 — antiparalelo al motor

Cátodo (banda) al terminal del motor conectado a +12V. Ánodo al terminal del Colector. El diodo queda invertido respecto a la polaridad normal.

Cátodo (banda) → +12VÁnodo → Colector

Conectar R_B 1.2 kΩ a la base

Insertar resistencia entre nodo del interruptor y la Base del transistor. Limita I_B ≈ 9 mA.

Un extremo → SW1Otro extremo → Base Q1

Conectar interruptor SW1

Un terminal del SW al rail +12V. El otro terminal a R_B. Al cerrar: 12V → R_B → Base → satura el transistor.

SW1(a) → +12VSW1(b) → R_B

LED indicador con R_LED

LED con 220Ω–1kΩ en paralelo al motor o en el ramal de base como indicador visual del estado ON.

LED(+) → nodo motorLED(−) → GND vía R_LED

Revisión antes de energizar

Verificar orientación del diodo 1N4007. Confirmar Emisor → GND. Llamar al docente para revisión.

✓ Orientación D1✓ E → GND✓ Docente verifica

Transistor insertado correctamente identificando B, C, E

Motor conectado entre +12V y el Colector

Diodo 1N4007 en antiparalelo al motor — Cátodo (banda) hacia +12V

R_B 1.2 kΩ entre interruptor y Base del transistor

Emisor conectado a GND — revisado por docente

Secuencia de encendido

SW Abierto — OFF

I_B = 0 → transistor en corte
I_C ≈ 0 — motor detenido
V_CE ≈ V_CC = 12V
LED indicador apagado
Sin rotación del eje

SW Cerrado — ON

I_B ≈ 9 mA → transistor saturado
I_C ≈ 150 mA — motor gira
V_CE(sat) ≈ 0.2V
LED indicador encendido
Rotación visible del eje

Mediciones con multímetro

Voltajes DC a medir

V_CE: C–E → ≈ 0.2V ON (saturado)
V_BE: B–E → ≈ 0.7V ON
V_motor: terminales → ≈ 11.8V ON
V_RB: en resistencia → ≈ 11.3V ON

Corrientes a medir

I_B: en serie con R_B → ≈ 9 mA
I_C: en serie con motor → ≈ 150 mA
I_total: de la fuente → ≈ 159 mA
Verificar I_C/I_B ≤ β = 50

¿Cómo confirmar saturación?

Medir V_CE en modo voltaje DC. Si V_CE < 0.5V (idealmente ≈ 0.2V) → saturado ✓. Si V_CE está entre 1V–8V → no satura, reducir R_B. Si V_CE ≈ 12V con SW cerrado → revisar conexiones de base.

🔴Si el transistor se calienta excesivamente en ON: No está saturando. Un BJT en zona activa disipa P = V_CE × I_C. Reducir R_B para aumentar I_B.

SW abierto: motor detenido, V_CE ≈ 12V verificado

SW cerrado: motor gira, V_CE ≈ 0.2V verificado (saturación)

V_BE ≈ 0.7V medido con SW cerrado

El transistor no se calienta excesivamente en estado ON

Al abrir el SW bruscamente el circuito no falla (diodo flyback opera)

Procedimiento

Para cada V_CC, calcular R_B teórica con FS = 3, seleccionar valor comercial, medir I_B real con multímetro en serie. Estimar RPM con tacómetro o comparación visual. Registrar observaciones.

Tabla de resultados experimentales

FA (V_CC)	R_B Teórica (FS=3)	R_B Usada (Ω)	I_B Medida (mA)	RPM	Notas
9 V	≈ 773 Ω (9−0.7)/0.009
12 V	≈ 1255 Ω (12−0.7)/0.009
18 V	≈ 1922 Ω (18−0.7)/0.009

📋R_B teórica cambia con V_CC porque V_in − V_BEs varía. I_C ≈ 150 mA siempre que el transistor sature. Las RPM aumentan con V_CC hasta el límite nominal del motor.

Preguntas de análisis

Responder en el informe

1. ¿Cómo varía I_B al aumentar V_CC si se mantiene la misma R_B?
2. ¿Por qué el motor podría no girar a 9V con R_B diseñada para 12V?
3. ¿Qué ocurre con el transistor si se supera el voltaje nominal del motor?
4. ¿Por qué el diodo flyback es crítico al conmutar el interruptor frecuentemente?

Completé fila V_CC = 9V con R_B, I_B y RPM

Completé fila V_CC = 12V con R_B, I_B y RPM

Completé fila V_CC = 18V con R_B, I_B y RPM

Respondí al menos 2 preguntas de análisis en el informe

✅Práctica completada. Entregar tabla de datos, mediciones y respuestas de análisis al docente. Imprimir o guardar esta guía como soporte del informe.

Lab No. 3 — Control de Potencia