Utilizados en el control simple de la corriente en una carga de corriente continua, los reóstatos son de gran importancia en los proyectos de automatización, control y que hacen uso de microcontroladores como shields. A continuación, de nuestro libro Fuentes de Alimentación (en dos volúmenes) explicamos cómo funcionan.
Reóstatos (Simple y Darlington)
La forma más simple de controlar la intensidad de una corriente en una carga de corriente continua se obtiene a través de un reóstato, como muestra la figura 1.
Así, los reóstatos se pueden utilizar como elementos adicionales de fuentes fijas para controlar su tensión de salida (aplicada a una carga) o la corriente. Un reóstato no es más que un resistor variable o ajustable en serie con la carga.
Cuando el reóstato está en su posición de mínima resistencia o cero, pasa libremente y su intensidad a través de la carga es máxima. Cuando aumentamos la resistencia del reóstato, forma con la carga un divisor de tensión.
En el momento en que su resistencia aumenta, disminuye la tensión aplicada a la carga es menor y con ello también la corriente. Los reóstatos, sin embargo, tienen una seria limitación de uso: como la corriente que pasa a través de él es la corriente de la carga, ellos deben ser capaces de controlar corrientes relativamente intensas y más que eso: deben ser capaces de disipar una buena cantidad de calor.
Tanto mayor es la potencia de la carga controlada, mayor será la capacidad de disipación del reóstato. Esto hace inviable el uso de estos dispositivos con cargas de alta potencia, tanto por el costo como por el tamaño.
Así, como muestra la figura 2, en la condición en que el reóstato está en la posición en que la tensión aplicada a la carga es la mitad de la tensión de alimentación, disipa tanta potencia como la propia carga!
Todo esto significa que, aun controlando cargas de pequeña potencia, necesitamos usar reóstatos de buena disipación o capacidad de corriente.
Los reóstatos no son más que potenciómetros con sólo dos terminales usados y en las aplicaciones prácticas podemos usar potenciómetros de hilo con buena disipación. Así, en la figura 3 mostramos cómo es posible usar un potenciómetro de hilo de 50 ohms x 5 W para controlar un pequeño motor de corriente continua que no exija más de unos 100 mA.
Para potencias mayores, el uso del reóstato de la forma indicada no es recomendable.
Uso de Transistores
En la figura 4, la curva característica de un transistor tiene dos regiones importantes: una en que opera como clave y otra que opera como un amplificador, es decir, en el modo lineal.
Si trabajamos con un transistor en el sector lineal de su curva característica podemos controlar con precisión la corriente que pasa a través de él y de una carga ligada en serie, todo ello a partir de una corriente mucho menor que aplicamos a su base, como muestra la figura 5 .
Como un transistor de potencia puede controlar corrientes intensas, podemos usar una corriente mucho menor para controlar corrientes mayores. Esta corriente de control puede ser suficientemente baja para que un potenciómetro común soporte sin problemas.
Llevando esto a la práctica podemos tener un control de potencia para carga de corriente continua con facilidad, usando un potenciómetro de baja potencia y un transistor para hacer el "trabajo pesado". Llegamos entonces a un primer tipo de control lineal de potencia que se muestra en la figura 6.
Este circuito hace uso de un transistor NPN de potencia que puede ser el BD135 para cargas de hasta 500 mA, el TIP31 para cargas de hasta 2 A y 2N3055 para cargas de hasta 4 ampères. Para los transistores BD135 y TIP31 podemos usar un potenciómetro de hilo de 1 k ohmios para controlar la velocidad de cargas con tensiones de hasta unos 12 V. Para el 2N3055 necesitamos usar un potenciómetro de hilo de 470 ohmios para controlar cargas con tensiones de hasta unos 20 V.
Usamos potenciómetros de hilo, pues en condiciones de menor resistencia, aun siendo la corriente de base menos intensa que la exigida por el motor ella todavía provoca cierto calentamiento del componente. Un potenciómetro de carbono (grafito) podría calentarse demasiado en un circuito como el indicado.
Vea que en todos los casos, los transistores deberán estar montados en buenos radiadores de calor. El funcionamiento de este control es simple de entender:
Cuando el cursor del potenciómetro está del lado del emisor del transistor, la corriente en su base es prácticamente nula y permanece en el corte, o sea, no conduce la corriente. Es la condición de potencia mínima del control.
A medida que desplazamos el cursor hacia la resistencia R1, la corriente de base aumenta suavemente y con ello aumenta la corriente en el colector del transistor, pero de forma multiplicada. La corriente de colector será tantas veces mayor que la corriente de base como la ganancia del transistor.
Este aumento de corriente sigue hasta el punto en que ocurre la saturación del transistor como muestra el gráfico de la figura 7.
En la situación ideal, el resistor R1 debe ser calculado para que esta saturación ocurra en el extremo (máximo) del movimiento del potenciómetro, pero en la práctica no siempre es posible, pues los transistores varían mucho de ganancia incluso entre los del mismo tipo (con la la misma numeración). Así, lo mejor en un proyecto de éste, es que después de montado el propio lector verifique el punto en que ocurre la saturación.
Si es antes del máximo del giro del potenciómetro aumente R1 y si no ocurre incluso cuando llegue al final disminuya R1. Este mismo circuito puede ser elaborado con transistores PNP adquiriendo entonces la configuración mostrada en la figura 8.
El transistor puede ser el BD136 para 500 mA, TIP32 para 2 A y TIP2955 para 4 ampères. Valen las mismas consideraciones que hicimos para los circuitos con transistores NPN.
