Transistor como interruptor o switch – Diseño

Transistor como interruptor o switch

Cuando se utiliza el transistor como interruptor o switch, la corriente de base debe tener un valor para lograr que el transistor entre en corte y otro para que entre en saturación.

Cuando un transistor se utiliza en un circuito, su comportamiento dependerá de sus curvas características. En el siguiente diagrama se muestra que hay varias curvas que representan la función de transferencia de Ic (corriente de colector) contra VCE (voltaje colector – emisor) para varios valores de Ib (corriente de base).

Cuando el transistor se utiliza como amplificador, el punto de operación de este se ubica sobre una de las líneas de las funciones de transferencia que están en la zona activa. (las líneas están casi horizontales). Este no es el caso.

• Un transistor en corte tiene una corriente de colector (Ic) mínima (prácticamente igual a cero) y un voltaje colector emisor VCE) máximo (casi igual al voltaje de alimentación). Ver la zona amarilla en el gráfico.
• Un transistor en saturación tiene una corriente de colector (Ic) máxima y un voltaje colector emisor (VCE) casi nulo (cero voltios). Ver zona en verde en el gráfico.

• Para lograr que el transistor entre en corte, el valor de la corriente de base debe ser bajo o mejor aún, cero.
• Para lograr que el transistor entre en saturación, el valor de la corriente de base debe calcularse dependiendo de la carga que se esté operando entre encendido y apagado (funcionamiento de interruptor).

Si se conoce cuál es la corriente que necesita la carga para activarse (se supone un bombillo o foco), se tiene el valor de corriente que habrá de conducir el transistor cuando esté en saturación y con el valor de la fuente de alimentación del circuito, se puede obtener la recta de carga. (Ver la línea roja en el gráfico anterior.)

Esta recta de carga confirma que para que el transistor funcione en saturación, Ic debe ser máximo y VCE mínimo y para que esté en corte, Ic debe ser el mínimo y VCE el máximo.

Ejemplo de diseño de un transistor como interruptor

Para calcular el valor de Rb (resistencia de base) que se utilizará para que el circuito funcione como un interruptor (conectar y desconectar un voltaje de 12 voltios en A). Ver el diagrama.

Los datos que tenemos son:

• Voltaje de alimentación = 12 V
• Bombillo (foco) 12 V, 1.2 W
• El β (beta) mínimo del transistor es: 200

Transistor en saturación

Se coloca el interruptor “A” hacia arriba. (ver diagrama)

Para obtener Ic se sigue el siguiente procedimiento:

• De la fórmula de Potencia: Potencia del bombillo = P = VxI.
• Despejando I se obtiene: I = Ic = P/V = 1.2 watts / 12 voltios = 100 mA.
• Se escoge el β (beta) menor (200) para asegurar de que el transistor se sature.
• La corriente de base es: Ib = Ic/B = 100 mA/200 = 0.5 mA. Esta es la corriente de base necesaria para que el transistor se sature y encienda el bombillo.
• Para calcular Rb se hace una malla en el circuito de la base: 12 V = Rb x Ib + Vbe.
• Rb = (12–0.7)/Ib = 11.3 V/0.5 mA = 22600 ohmios. Para efectos prácticos Rb = 22 Kohms.

Nota: Vbe = 0.7 Voltios en un transistor típico de silicio. (aproximadamente).

Transistor en corte

Se coloca el interruptor “A” hacia abajo. (ver diagrama)

Para que el bombillo se apague, basta que la corriente (Ic) que pase a través de él sea cero. Para lograrlo se hace que la corriente de base Ib sea cero (Ic = BxIb), poniendo el voltaje que alimenta el circuito de la base en cero (0 Voltios).