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Transistor BJT como interruptor, polarización fija

Publicado por el 6 agosto, 2016
CC BY-SA 4.0

CC BY-SA 4.0



Puede ser que en multitud de ocasiones hayas pensado en controlar un dispositivo de corriente continua, al que temporalmente llamaremos carga, pero este necesita más corriente o tensión de la que el circuito electrónico con el que lo controlamos puede proporcionar. En estas ocasiones podemos usar transistor BJT con polarización fija.



Piensa en controlar un ventilador que se debe energizar con 12v de corriente continua pero el control del mismo lo realiza el ya mítico Attiny85. Como seguro ya sabes, este microcontrolador puede trabajar a distintos niveles de tensión entre ellos 1.8v 3.3v y 5v dependiendo del modelo exacto del Attiny85, llegados a este punto es evidente que cualquiera de las anteriores tensiones no son suficientes para alimentar el ventilador y seguramente la salida digital del micro no pueda entregar suficiente corriente.



Ante este problema se puede actuar de varias maneras distintas pero analicemos una de las más comunes, usar un transistor BJT. Si la carga es elevada podríamos usar un transistor MOSFET, pero no es el caso.

¿Cómo …?

La realidad es que no se nos puede olvidar el método de actuación de un BJT y es que para poder usarlo como un “interruptor” tendremos que seguir las mismas normas que seguimos al calcular los parámetros de un BJT para amplificación.

1.- La corriente que circula por el colector es directamente proporcional a la corriente que circula por la base.

 I_c \ = \ I_b \ \cdot \ \beta

2.- La corriente que circula por el emisor es la suma de la corriente de colector y de la corriente de base.

¡Pensar no hace daño a nadie!

Si el objetivo es controlar una carga de 45.5mA (del ventilador) esto significa que a través del colector deben circular 45.5mA y recuperando el punto 1 del apartado anterior se puede observar que para que se de esta condición (suponiendo β=40) por la base del transistor debe circular:

 I_b \ = \ \frac{I_c}{\beta} \ = \ \frac{45.5}{40} \ = \ 1.138mA

La nueva pregunta es ¿cómo forzar la circulación de 1.138mA de corriente a través de la base? la respuesta es sencilla: usando una resistencia tal y como se aprecia en el siguiente esquema:

Resistencia base NPN

Calculo de la resistencia

Es en este momento cuando recurrimos a la ley de Ohm y es que si necesitamos que circule 1.138mA y conocemos cuanta tensión tiene que caer en la resistencia solo deberemos dividir la tensión entre la corriente y obtendremos el valor de la resistencia.

Pero… ¿Cuál es el valor de la tensión?: Partamos de la idea que el Attiny85 está trabajando a 5v entonces… ¿es esta la caída de tensión en la resistencia? no.



¿Recuerdas el segundo punto de la descripción del BJT? La corriente que atraviesa la base sale por el emisor y entre ambos existe una unión PN y por tanto en ella se producirá una pequeña (o grande, depende del caso) caída de tensión la cual podremos averiguar de manera experimental o a partir del datasheet del componente, en este caso Vbe = 1v.

Características eléctricas BD135 - Fuente: Fairchild

Características eléctricas BD135 – Fuente: Fairchild

Por tanto el valor de la resistencia será algo como:

 R \ = \ \frac{5v \ - \ V_b_e}{I_b} \ = \ \frac{5v \ - \ 1}{0.00114} \ = \ 3516\Omega

Por tanto la resistencia teórica para que circulen 1.13mA por la base es de 3516Ω y este será el valor máximo de resistencia que se debe poner para que el funciones el ventilador. En realidad trataremos de poner una de valor un poco inferior para asegurarnos que estamos trabajando en la zona correcta.

Por último que no se te olvide calcular la potencia que disipara la resistencia:

 P \ = \ V \ \cdot \ I \ = \ 4v \ \cdot \ 1.138mA \ = \ 4.55mW

Como el valor es de 4.55mW podremos usar una resistencia de por ejemplo 1/4W.



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