Transistor como Interruptor bipolar BJT - Corte y Saturación


Paso 1: Qué queremos controlar?

Ejemplo construiremos un control para Relé, similar a los módulos comerciales.



Que necesitamos calcular o conocer:

  1. Relé (Tensión de bobina y Consumo).
  2. Transistor (Tipo, Tensión, Corriente, Ganancia).
  3. Tensión de Alimentación.
  4. Señal de Control.

Paso 2: Elegir el Relé

Nuestro componente a controlar es el Relé, basaremos la elección de los
componentes en las características del Relé.
Rele tipo G5L de OMRON:

  1. Tensión de Bobina: 5Vdc.
  2. Corriente de Bobina Estimada: 79.4mA.
  3. Impedancia de la Bobina Estimada: 63Ω.

Necesitamos un Transistor que pueda controlar por lo menos 6V y 100mA como mínimo (siempre mayor). En base a esto vamos a buscar el transistor adecuado.

Paso 3: Elegir el Transistor

Vamos a buscar un transistor que nos proporcione las características eléctricas
mínimas para lograr controlar la carga (el Relé).




Transistor NPN 2N3904:

  1. Tensión Colector-Emisor (Vce): 40V max.
  2. Ganancia a Ic=100mA (hFE): 40.
  3. Corriente máxima de Colector (Ic): 200mA max.

Siempre utilizamos características mayores en un componente para que el mismo soporte la carga de forma correcta, debemos ver el Datasheet.

Paso 4: Plantear el Diseño

Dentro de los transistores Bipolares (BJT) podremos optar por NPN o PNP, en este caso la configuración más sencilla es NPN en Emisor Común.

Trabajaremos en Corte y Saturación, ya que es la zona en donde el transistor se
comporta como una llave electrónica, también denominada Clase E.
Esta configuración requiere de un transistor, una polarización de base y una fuente de
alimentación simple.

Paso 5: Plantear Ecuaciones


  • Corriente de Base (Relación entre Corriente de Colector y Ganancia).
  • Corriente en R2, Este es un dato que puede variar, se estima diez veces menos que la Corriente de Base.
  • Resistencia R2 (Pull-Down), Dependiente de la tensión Juntura Base-Emisor (650mV aproximadamente según
  • datasheet).
  • Corriente en R1 (Resistencia de Base o RB), debemos sumar las corrientes salientes de la rama.
  • Resistencia de Base R1 o RB, calcularemos este valor en base a la tensión de control y la corriente ya calculada.


Paso 6: Plantear los Datos

Datos:

  • Alimentación: 5Vdc
  • Entrada Señal: 3.3Vdc
  • Rele: Omron G5L - 5Vdc - 79.4mA - 63Ω
  • Transistor: NPN 2N3904 - hFE: 40 @ Ic=100mA, Vbe=650mA
  • Diodo: 1N4148 - VR: 75V


Paso 7: Realizar los Cálculos



Paso 8: Simulación de Circuito

Resultados de Simulación:

  • Ic: 76.24mA
  • Ib: 1.95mA
  • Vbe: 707mV
  • Vce: 196mV
  • IR1: 2.16mA
  • IR2: 214uA

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