NOTA: Es largo. Pero cuando termines, sabrás mucho más para diseñar más esquemas, incluso más geniales de lo que imaginabas. He incluido algunos Rompe donde puedes parar, irte a la cama o tomar una copa y decidir más tarde si sientes que necesitas aprender más.
En primer lugar, voy a ir con un transistor NPN, porque:
- Dices que estás contento de darle la vuelta a algunas cosas para NPN.
- El NPN tiene una respuesta algo más agradable con el mismo coste, o un coste menor con la misma respuesta.
- Si otras personas que se inician en el mundo de los transistores se tropiezan con ellos, es mejor que empiecen con NPN, ya que la mayoría de los tutoriales y ejemplos se inclinan más hacia NPN debido a la razón 2.
Lo primero que hay que saber sobre un transistor NPN es que, como estás insinuando, tiene una "curva de encendido" a Vb-e de 0,7V de media. Hay excepciones y algunas desviaciones de ese número, como con cualquier regla impresionante, pero digamos que para los primeros pasos en el dominio: Por ahora, va a ser sólo 0,7V.
Para los verdaderos madrugadores: Vb-e significa "Voltaje en la base medido contra el emisor", o "Cuánto más alto es el voltaje en la base comparado con el emisor".
Es hora de una pequeña foto, creo:
![schematic]()
simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab
Como puedes ver, estoy utilizando tu caso de uso inicial para ilustrar algunos pasos.
Lo primero que has hecho ha sido un acierto. ¿Cómo puedo saber con seguridad lo que puede ser R3? Tomas el máximo voltaje que puede haber a través de él y calculas la resistencia por la máxima corriente que quieres que pase por él. Esto último lo hiciste un poco al revés y tomaste 5V para la resistencia, pero verificaste que no estabas matando tu LED en caso de que tus 4V se convirtieran en 5V. ¡Buen trabajo!
Así que, digamos que quiero 10mA a través de mi LED y sé que el LED tiene 2V a través de él en ese punto (necesitas una hoja de datos o algo de experiencia para saber ese voltaje. Un LED rojo casi siempre será lo suficientemente feliz con 10mA y 2V si puede manejar esa corriente.
La tensión máxima es de 5V, el LED necesita 2V, por lo que la resistencia necesita "gastar" 3V a los 10mA, por lo que la resistencia se convierte: R = 3V / 10mA = 300Ohm . Como 300Ohm es más difícil de encontrar que 330Ohm, voy a elegir también 330, lo que da: I = 3V / 330 Ohm = 9.1mA - Eso está perfectamente bien para un indicador.
Así que ahora sabemos otra cosa importante: la corriente que pasa por el LED es de 9,1mA.
¿Por qué es importante? Porque el transistor es un pequeño tramposo. No es realmente un interruptor, sólo pretende serlo en sus primeros experimentos, hasta que empiezas a hacer algunas matemáticas y resulta que no lo es en absoluto. Algunos transistores se llaman MOST y otros se llaman Bipolares, todos hacen trampa, pero de diferentes maneras. Como estás empezando con el transistor Bipolar (PNP o NPN) y esto es común de hacer, me limitaré a esos en esta respuesta particular. Recuerda que mis explicaciones sólo valen para los Bipolares, no para los MOSFETS.
Un transistor bipolar es una fuente de corriente controlada (o más correcto semánticamente en nuestra configuración sería corriente-drenaje, pero comúnmente los llamamos todos "CCCC").
¿Qué?
Significa: Tu transistor NPN sólo puede conducir corriente a través de su Colector (el que no tiene la flecha) hacia el Emisor (el que tiene la flecha), cuando también hay corriente fluyendo hacia la base (la que sobresale en el lado izquierdo). Esta corriente en la base también fluye hacia el emisor. En un transistor PNP, la corriente sólo puede fluir hacia el Colector, desde el Emisor, si también hay corriente fluyendo hacia la base.
En el resto de mi pequeña historia de corrientes y transistores, asumiré simplemente que estamos hablando de un transistor NPN, para no tener que seguir especificando dentro y fuera de en cada frase, pero la diferencia principal se mantiene para todas las partes.
Los 0,7V para la tensión base-emisor son simplemente una indicación. Significa que cualquier corriente que fluya hacia la base verá aproximadamente una caída de diodo dentro del transistor.
Este es un buen punto para ir a tomar un café/té/soda y dejar que tus neuronas se relajen un minuto
¿Y ahora qué?
Lo siguiente para añadir valores a tu esquema es conocer la amplificación de corriente de tu transistor. A menudo puede identificarse como "h(FE)", donde el bit 'FE' suele ser subíndice y la h está un poco estirada y en cursiva, pero no siempre. Pero a veces también se identifica sólo en un gráfico llamado "función de transferencia de corriente continua", "relación de corriente continua" o términos similares. De todos modos, el mejor lugar para encontrarlo es en un gráfico, porque un solo número es siempre una media y eso puede ser a una corriente de colector de 1mA, 100mA o 1A, pero en 99 de cada 100 diseños nunca está en su punto. En un gráfico puedes simplemente buscar tu situación.
EDIT: Me han señalado que fui negligente al no señalar aquí que la ganancia de CC no es un número muy fiable. Y estoy de acuerdo. También lo veremos más adelante, pero no se puede decir de forma suficientemente expresa. Hay formas mucho mejores de hacerlo, pero incluyen diferentes tangentes de pensamiento que harán todo esto aún más difícil. Así que este es nuestro primer paso, las técnicas más profundas vendrán más adelante en su "educación".
Para ayudarte más en ese proceso, me temo que tenemos que saber qué transistor estamos utilizando. ¡Qué mal! O bien, puedo utilizar un viejo favorito de los proyectos educativos y tutoriales, que me da tres opciones para un NPN: BC550, 2N2222 o, más recientemente, 2N3904. Voy a elegir el 2N2222, por tres razones:
- ¡Tiene su propia página Wiki! (¡Qué maravilla!)
- Hace más de diez años que no uso uno.
- Me gusta la aliteración y la repetición, especialmente en el aprendizaje, así que ahí tienes.
Pero recuerda, todo lo que hago aquí es repetible para cualquier otro transistor. Algunas hojas de datos dan mucha más información, otras mucho menos, pero la mayoría de los pasos se pueden hacer para la mayor parte.
Como la página de Wikipedia hace referencia a la hoja de datos de ST, yo también lo haré:
Ficha técnica del ST 2N2222
Marque una: ¿Puede hacer 10mA? -> Página 1: Primer párrafo: "Hasta 500mA": ¡SÍ! Una maravilla, como creo que lo llamaría la Sra. Day.
Marca dos: ¿Hace 5V? -> El máximo absoluto de la página 1 dice que sí. Sí. Espera, ¿absoluto? ¿máximo? Hm.
El máximo absoluto en las hojas de datos no es realmente lo que quieres mirar. Lo que quieres mirar en una hoja de datos son los parámetros normales, porque tu diseño estará un poco equivocado. Ningún componente está fuera del 0%, todo está un poco "mal". Si entonces diseñas desde el máximo absoluto y tu "off by" está en la dirección equivocada: ¡Uy! humo
El máximo absoluto sólo está ahí para el caso de "¡Ah, maldición, se rompió, por qué!" o para la rarísima ocasión en la que quieras superar el límite absoluto y sepas exactamente qué significa eso en el diseño.
Así que miramos una página más allá. "Características eléctricas", eso suena divertido y sin pretensiones, ¡utilicemos esa! De hecho, en casi todas las hojas de datos de cualquier cosa de silicio (los transistores más comunes, chips, diodos, etc.) es muy probable que ese sea exactamente el nombre de la tabla que estás buscando para encontrar voltajes, corrientes y todo ese jazz.
Afortunadamente: ¡Sí puede hacer 5V!
V(br)-cbo, o "tensión de ruptura del colector-base" es la tensión a la que el transistor dice "puf" o hace un cortocircuito cuando está en el colector y la base.
V(br)-ceo, o "tensión de ruptura colector-emisor" es la tensión a la que el transistor dice "puf" o hace un cortocircuito cuando está entre colector y emisor.
Ambos son mucho más que 5V (no es una gran sorpresa), y por ahora son los más relevantes. El voltaje de ruptura emisor-base, V(br)-ebo, también es importante en algunos diseños, pero luego explicaré por qué aquí no lo es.
Compruebe siempre si la tensión máxima absoluta que tendrá en su sistema cuando el transistor esté apagado es inferior a esas dos tensiones. No la misma, más baja. Lo mismo es demasiado arriesgado.
Para esta aplicación relativamente sencilla, eso es todo lo que necesitamos para comprobar la seguridad. Si haces muchos trucos con divisores de resistencias y/o zeners con corrientes de Colector a 50mA a 75mA o incluso más, tienes que hacer un poco más de comprobación y un poco más de matemáticas para ver si puede manejar la potencia que tiene que disipar, pero con 10mA y un LED a 5V, estará bien. Incluso sin un LED y 10mA y sin resistencia la potencia en el transistor será: P = 5V * 10mA = 50mW ya está MUY por debajo de los 0,5W que puede soportar a 25 grados centígrados de temperatura ambiente.
Pequeña nota: Estas suposiciones sobre la disipación de energía deben hacerse con cuidado. Si tienes 50mW frente a 500mW: estarás a salvo. Si tienes 400mW frente a 500mW, deberás pensar/diseñar más para saber qué es exactamente y si la forma de montar/sostener el transistor permite realmente 500mW. Y siempre hay que mirar la temperatura ambiente. En esta hoja de datos también dicen "temperatura de la caja", pero eso es porque es de metal y quieren decir: "Si mantienes activamente la caja a esa temperatura en todo momento"
Oye, amigo, ¿qué estábamos en realidad ¿Buscando?
¡Amplificación! Entonces: ¿Qué es la amplificación? Aquí nos topamos con el muro del que advertí antes. ¡Esta hoja de datos no tiene gráficos! -Pero tiene una tabla con todo tipo de números. Una broma divertida: Diferencian el mínimo absoluto y el máximo es siempre el mismo.
Por suerte, la hoja de datos confunde más el asunto al añadir otro parámetro a su diferenciación. Sabemos lo de la corriente de colector, pero ¿qué demonios hace ahí V(ce)? La cosa es que eso también importa. Esta es otra razón por la que nada será 100% exactamente como lo diseñas.
Como en este punto los datos que tenemos son tan limitados y la corriente de nuestro LED está taaaan lejos de los 150mA que usan a 1V (¡queremos que sea baja, porque ni siquiera tenemos 10V!) vamos a hacer un cálculo aproximado de todos modos, así que también podríamos ignorar ese 1V allí. (Nos daría una corriente de LED, sólo para la referencia de: I = (5V - 2V - 1V) / 330 Ohm = 6mA Creo que aún es suficiente, pero seguiremos trabajando con 10mA). Si diseñas con los números del peor caso, siempre puedes cambiarlos si resulta mejor. Si diseñas con los números del mejor caso y resulta peor, puede que necesites nuevos componentes.
Así que, a 1V, nuestra menor ganancia dada es de 50. Este número puede ser muy diferente entre los distintos tipos, así que si estás haciendo un diseño preciso, ¡consúltalo siempre!
(EDIT: Mi secreto no es realmente correcto: La h(FE) puede resultar de unos 60 o 70 con el 2N2222, o puede ser de unos 25, pero puede ser fácilmente de unos 50. Con un 2N3904 la h(FE) es mucho mejor a 10mA y 1V, pero he hecho mi elección y me acostaré en ella también).
Este parece un buen punto para ir a buscar esa galleta que querías en el último descanso, pero que olvidaste, ¡porque estabas saltando para aprender más!
Ahora sabemos cómo funciona el transistor y con qué números y sabemos cómo calcular correctamente las resistencias. Incluso sabemos encontrar algunos números que nos ayuden a ajustar esas resistencias más adelante, si vemos que nuestro diseño está mal. (Por ejemplo: Tu LED sólo recibe 6mA a 5V. ¿Por qué? Lo acabamos de ver en la hoja de datos: El transistor se queda con una pequeña parte de la tensión para divertirse, pero aún no estamos 100% seguros de cuánto, porque los números no están ahí para nuestra situación).
Ahora, resumiendo, ¿qué sabemos?
- La corriente del LED se supone de 10mA a 5V.
- Queremos que el LED empiece a encenderse a 4V y siga encendido a 5V (aunque posiblemente más brillante)
- Sabemos que la corriente que pasa por el colector de Q1 es la misma que la del LED.
- Sabemos que podemos esperar que el Q1 se amplifique al menos 50 veces.
- Sabemos que la base de Q1 conducirá la corriente.
- Sabemos que la base de Q1 quiere estar a 0,7V cuando se "enciende".
¿Qué es lo que no sabemos, que deberíamos saber?
No sabes que no sabes, todavía, pero en realidad, ese último punto: El transistor siempre quiere intentar tener esos 0,7V que hemos calculado en su base. No sólo cuando está encendida, o súper encendida o incluso mega encendida. Así que si lo conectamos directamente a la fuente de voltaje +, trataría de ser 0,7V y sólo sacar lo que la fuente de voltaje le dará hasta que, de nuevo, dice "puf". Así que necesitas una resistencia limitadora allí. Pero también explica un poco por qué no hay un encendido/apagado duro (más sobre eso más adelante).
También explica por qué el V(br)-beo que vimos no es importante: Dado que hay una resistencia limitadora (como parte de su divisor) que va a ser lo suficientemente grande como para mantener la base en sus deseados 0,7V (porque lo diseñaremos así), podemos asumir en todas las condiciones de funcionamiento de este diseño que la base se mantendrá limpiamente en 0,7V o por debajo.
Es hora de volver a publicar esa foto, porque vamos a volver a eso, y ¿no odias todo ese desplazamiento hacia arriba y hacia abajo? Yo también. ¿Sabéis qué? Voy a rellenar esa resistencia LED, ¡se ve demasiado confusa ahora mismo!
![schematic]()
simular este circuito
A primera vista, R1 y R2 no son más que un bonito divisor de tensión. Pero, acabamos de aprender algo: ¡La base te "roba" corriente! ¡Mierda de palos!
Entonces, ¿cuánto es? Ahí es donde entra la amplificación, que suponemos de 50, ya que no sabemos más. Esta amplificación es el número de veces que el transistor intentará amplificar la corriente de base a través de su colector. En nuestro caso, la corriente de colector es limitada, así que calculamos de la otra manera para encontrar nuestros puntos de interés. Calculamos la corriente de base a partir de la corriente de colector con la amplificación.
También tenemos que decidir nuestro punto de referencia. Digamos que definimos que el LED necesita tener 2mA para ser considerado "encendido". Esto depende un poco del LED en cuestión, pero un LED razonablemente moderno de eBay será bastante brillante con esa corriente. Aquí es donde el "no encendido/apagado" comienza a mostrarse: Para este tipo de diseño, tienes que asumir una corriente establecida que es la primera en encenderse, y no puede ser 0, porque tus matemáticas no funcionarán.
Por lo tanto, al "encender" ya tenemos los datos que necesitamos: -> V(in) = 4V. -> V(base) = 0.7V -> I(collector) = I(LED) = 2mA -> I(base) = I(collector) / 50 = 40uA. (¿ves cómo eso cambia significativamente tus matemáticas con una corriente de divisor de 70uA?)
Por lo tanto, podemos calcular: -> V(R1) = V(base) = 0.7V -> V(R2) = 4V - V(base) = 3.3V Y asumimos que R1 será 10k, porque podemos elegir uno.
Ahora las corrientes serán: -> I(R1) = V(R1) / R1 = 0.7V / 10kOhm = 70uA -> I(R2) = I(R1) + I(base) = 70uA + 40uA = 110uA Porque la corriente fluirá hacia la base desde el terminal + de la fuente de tensión, así que para R2, la corriente es la de R1 y la de la base del transistor. Así que ahora R2 se convierte: -> R2 = V(R2) / I(R2) = 3.3V / 110uA = 30kOhm En este caso, también puedes usar 33kOhm, sólo significará que tu LED recibirá un poco menos de corriente a 4V. Como ejercicio para ver si lo consigues todo, puedes calcular tú mismo esa corriente.
¡Genial! ¡Hecho! ¡Construyendo! ¡Ahora! ¡YAAAAAY!
Espera, joven saltamontes. ... Quedan un par de cosas.
Para ver que su LED no se apagará a 3,5V, volvemos a calcular con: -> V(R1) = V(base) = STILL 0.7V (remember?). -> I(R1) = still 70uA, becuase it's still 10kOhm and it still has 0.7V across it. -> R2 is unchanged = 30kOhm. -> V(in) = 3.5V. -> V(R2) = V(in) - V(base) = 2.8V. -> I(R2) = V(R2) / R2 = 2.8V / 30kOhm =~ 93uA. -> I(base) =~ 93uA - 70uA = 23uA. Ahora bien, si la amplificación es netamente 50, la corriente del LED seguiría siendo 50 veces la corriente de la base, es: I(LED) = I(collector) = 50*I(base) =~ 1.2mA . Para la mayoría de los LEDs modernos, eso es suficiente para mostrar una luz muy visible.
Pero, ¿cuándo se apagará del todo? (Suponiendo que todas nuestras suposiciones y cifras sobre el papel sean exactamente iguales al 100% a las que veremos en el mundo real cuando lo construyamos - pista: no lo son - pero las cifras que calculamos son un buen comienzo para un primer intento).
Para que el LED esté apagado, ¿qué sabemos? Que no le pasa corriente. Si no tiene corriente, sabemos que la corriente de la base del transistor también debe ser 0. Como un pequeño margen de seguridad puedes suponer que el voltaje de la base ya habrá bajado un poco, porque cuando la corriente de la base es realmente pequeña, bajará un poco. Digamos, que es alrededor de 0,6V con una diminuta corriente. De nuevo una suposición, pero quiero mostrarte que incluso ese número no es perfectamente fijo, así que algunas pequeñas diferencias en el comportamiento en el mundo real también pueden ser explicadas con eso.
Porque este es el exacto En el momento en que la corriente se apaga, podemos suponer que el voltaje de la base sigue siendo el mismo que el voltaje de la corriente: -> I(base) = 0 -> V(base) = 0.6V -> I(R1) = 0.6V / 10kOhm = 60uA -> I(R2) = I(R1) + I(base) = I(R1) + 0 = I(R1) = 60uA -> V(R1) = I(R1) * R1 = 60uA * 30kOhm = 1.8V. -> V(in)-turn-off = V(base) + V(R1) = 0.6V + 1.8V = 2.4V
¡Ahw! ¡Las cacas! ¡Eso es casi la mitad de lo que quería!
Sí. Por supuesto, el LED será visiblemente apagado un poco antes de eso, por lo que podría, todos los números dados, ser 2,5V, pero es un juego de dar o tomar. No se puede apresurar ... eh ... diseños? (Supongo que en algún momento pasará alguien que sepa que "no se puede apurar el amor", ¡así que lo dejo en el tintero!)
¡Pero! ¡En tu cara! ¡Estás calculando con 0mA! ¡Yo también! ¡Ja! ¡Mentiste!
Sí, lo hice. Y no, no lo hice. Verifiquemos las matemáticas, ¿de acuerdo?
Yadda, yadda, punto de ajuste, 0mA, V(in) = 4V. Así que, aquí va (y, sí será más cerca de sus valores): -> V(in) = 4V -> I(base) = 0mA -> V(base) = 0.6V -> R1 = 10kOhm -> V(R1) = V(base) = 0.6V -> I(R1) = 60uA (see above) -> I(R2) = 60uA -> V(R2) = V(in) - V(base) = 3.4V. -> R2 = V(R2) / I(R2) =~ 57kOhm (56k also happens to exist in cheap forms! hurray!) Perfecto. Está apagado a 4V. Pero... ¿Qué pasa a 4,5V con esas resistencias? Para el beneficio de la duda, mantendré V(base) a 0,6V, pero el "efecto" calculado será más deprimente si realmente sube (¡algunas hojas de datos dan bonitos gráficos para esa V(base) para una I(base) dada también!) -> V(in) = 4.5V -> V(base) = 0.6V -> I(R1) = 60uA -> V(R2) = 4.5V - 0.6V = 3.9V -> I(R2) =~ 3.9V / 57kOhm =~ 69uA -> I(base) = I(R2) - I(R1) =~ 69uA - 60uA = 9uA -> I(LED) = I(c) = 50*I(base) =~ 440uA. Eso no va a ser muy brillante en absoluto, ¿verdad? Tal vez sea suficiente para ti, pero supongo que es un poco apretado. Y eso ya está muy cerca en su "V-max".
Puedes hacer un poco de efecto medio calculando para 0mA a 3.5V y viendo donde te lleva eso para unos 4.1V y tal, pero lo dejaré como un ejercicio. Usted debe ser capaz de utilizar todas las matemáticas y typeys que hice anteriormente para hacer que todo por su cuenta.
Y, recuerda: Todo esto depende de la ganancia de corriente que buscamos. Si puedes encontrar un transistor NPN normal con una amplificación de 200 (2N3904-ish) o incluso 500 (también asequible) a 10mA de corriente de colector el punto de encendido/apagado será mucho más agudo. Por otra parte, también será mucho más agudo cuando se disminuyen las resistencias, por lo que si usted comienza con R1 a ser 1kOhm, por ejemplo. (Compruébalo tú mismo).
Sólo ten mucho cuidado: Los transistores Darlington engañan incluso en las trampas que ya hemos discutido. Tienen valores de V(ce)-on muy altos, hasta 4V en algunos casos, lo que no deja nada para tu LED, así que por ahora sólo evítalos, podrás preguntar y aprender sobre ellos más adelante, cuando tengas trucos aún más raros que hacer.
(Los Darlington pueden ir más allá de un factor 5000 de amplificación, por lo que son tentadores, pero elas, no para ti, no hoy. Puedes encontrar el nombre "Darlington" en la descripción hasta arriba de la hoja de datos y/o el símbolo se dibujará con dos transistores conectados entre sí en lugar de uno).
¿El final?
Todavía no.
Después de tomarme un día de descanso para reagruparme, voy a continuar con el diseño tal y como prometí, para mostrar cómo y por qué dos transistores en serie son mucho más impresionantes y agudos en la conmutación que uno solo.
De hecho, la teoría puede ampliarse a tres, cuatro o incluso cien transistores, cada uno accionado por otro. Pero en la práctica, verás que aparecen rápidamente algunos comportamientos molestos. (Más sobre esto al final).
En primer lugar, necesitamos un nuevo esquema. Sabemos que el transistor NPN que acabamos de utilizar sirve para el LED, así que lo mantenemos. También mantenemos el LED y la resistencia del LED, porque si los dejamos fuera será demasiado fácil mantener el LED apagado a 3,5V. A no ser que tengas LEDs mágicos que se encienden cuando están sin usar en tu cajón. ¿Puedo tener alguno?
Por lo demás, algunas cosas van a cambiar ahora. Sabemos que al transistor no le gusta estar atado a un carril de alimentación por su base en nuestro montaje específico, así que vamos a poner una resistencia de seguridad, en caso de que nuestros voltajes tengan un pico, haciendo que sucedan cosas raras. Así que hasta ahora, tenemos esto:
![schematic]()
simular este circuito Eso se ve perfectamente bien.
Bueno, excepto el trozo de cable sin conectar en el lado izquierdo de R3 y los signos de interrogación. En general, los trozos colgantes y los signos de interrogación son súper impresionantes, por supuesto, pero en el caso de los esquemas no lo son.
Entonces, sabemos que conectaremos la resistencia a otro transistor, pero ¿cuál y cómo? Bueno, en realidad hay muchas formas de hacerlo, tanto con transistores NPN como PNP. Sería un mentiroso si te dijera que mis opciones son las únicas. Pero, quiero mantenerlo simple y en línea con lo que ya hemos aprendido. Así que, tomamos un transistor PNP.
Permítanme también añadir otras resistencias muy confusas, ya que estoy en ello:
![schematic]()
simular este circuito
Como puedes ver el otro transistor que elegí es el 2N3906 (sí, lo hice, y además es el que viene por defecto). Este no es el hermano del 2N2222. (Los PNP son hermanos de sus hermanas NPN, claramente, porque a menudo los NPN son más fáciles de trabajar, pero como hemos visto, son MUCHO más complicados de lo que uno quería. En realidad, ese segundo punto no es bueno para la comparación de transistores, los PNP son igual de complicados que los NPN).
De hecho, el 2N3906 es el hermano del 2N3904. El 2N3904 es a su vez el primo menor del 2N2222. Así que por qué no la elegí en primer lugar es algo que nadie sabe ;-).
Veamos la hoja de datos del 2N3906 . Funciona con el rango de 50 a 100uA que podemos esperar de nuestro 2N2222. Incluso tiene 0,1mA (=100uA) de corriente de colector, con sólo 1 voltio V(ec) allí mismo en la página 2. ¡Brillante! Pero se pone mejor chicos y chicas, este tiene gráficos en la página 4, 5 y 6. Es un poco más probable para los dispositivos más nuevos, pero no es una cosa por dispositivo, más una cosa por fabricante.
Así que, hagamos nuestras comprobaciones: ¿Actualidad? Sí. ¿Tensión? Sí.
Averigüemos la ganancia. Sabemos por lo anterior que el 2N2222 necesitará entre 0uA y 100uA para que el LED vaya entre apagado y 5mA o 10mA. En este montaje, toda la corriente de colector de Q2 (el 2N3906) es la corriente de base de Q1 (el 2N2222). Así que vamos a ver los gráficos:
En la página 5, puedes ver un bonito gráfico con una línea bastante suave para la ganancia de corriente continua. Pero no hay que dejarse engañar. Dice, justo encima, que es la curva para 10V V(ec).
Entonces, ¿hay otro gráfico para la ganancia? Hay uno para la temperatura, con 1V a través de C y E. Divertido, pero vamos a asumir 25 grados Celcius.
Hay un gráfico de tensión V(ce) frente a la corriente de base para determinadas corrientes de colector y ya está. Es una pena. Pero, podemos usar la primera y la última gráfica para hacer una suposición aceptable.
También puedes usar el mínimo de la tabla, pero como los gráficos son una maravilla, te mostraré cómo hacer esta estimación. No será perfecta, porque los datos que tenemos no lo son, pero será mejor. Aunque acabe igual: ahora estás más seguro.
Ten en cuenta que la primera gráfica (figura 9) es logarítmica en ambas direcciones, al igual que la que está debajo. La línea extra entre 100 y 200 es 150, pero la mitad entre 100 y 150 no es 125.
Si miras esa primera gráfica ves que a 10mA la ganancia es de unos 155. A 0,1mA, nuestra área de interés, la línea se cruza en una ganancia de alrededor de 125 yo estimaría. Prometo que ese punto sobre los 125 de antes fue un completo accidente, pero puedes ver que la línea está por encima de donde está la mitad.
Esto significa que la caída de la ganancia de 10mA a 0,1mA puede expresarse como un factor 125/155 =~ 0.806 .
A continuación, vaya a la gráfica de 10mA en la figura 14: De nuevo logarítmica en la dirección -->. A 1V vemos que está cerca de 0,08mA. Así que a 1V y 10mA está en 0.08mA I(base). Calculemos la ganancia a partir de esto: -> h(FE)-10mA = 10mA / 0.08mA = 125 -> h(FE)-expected-0.1mA =~ 125 * 0.806 = 100.8 Así que podríamos haber utilizado simplemente la tabla, pero en algunos casos esta pequeña atención extra te da 80, o 120, o 150, donde habrías asumido 100. Todavía no habría sido súper exacto, pero una mejor suposición.
Ahora, aquí vienen las matemáticas de nuevo, esta vez con una corriente de LED de 5mA en el punto de encendido y la supuesta resistencia de 10k. Esta vez la resistencia de 10k es la de arriba (R1), porque la base del transistor PNP es la cantidad conocida, que está 0,6V por debajo de los 4V: -> I(LED) = 5mA -> V(in) = 4V -> I(collector-Q2) = I(base-Q1) = I(LED) / 50 = 0.1mA -> I(base-Q2) = I(collector-Q2) / 100 = 0.001mA = 1uA -> V(R1) = V(eb-Q2) = 0.6V (See figure 15: we're at 0.1mA I(c), so one decade below 1mA is about (extend the line) 0.6V). -> I(R1) = 0.6V / 10kOhm = 60uA -> I(R2) = I(R1) + I(base-Q2) = 61uA -> R2 = V(R2) / I(R2) = (4V - 0.7V) / 61uA =~ 54kOhm, make that 56kOhm for quicker turn off. Así que, como puedes ver: Ahora casi tenemos los valores de las resistencias.
Sólo queda R3. ¿Qué va a ser eso?
R3 sólo está ahí para proteger, así que digamos que puede tener un pico de 10V y queremos limitar I(base-Q1) a nunca más de 5mA: R3 = 10V / 5mA = 2kOhm . En nuestro punto de trabajo con 0,1mA en la base de Q1, sólo consumirá 0,2V. Eso está bien, porque deja V(ec-Q2) = 4V - 0.2V - 0.6V = 3.8V para el emisor-colector de Q2, así que es mucho más de lo que contábamos, lo cual es bueno: hace que el transistor funcione mejor y te dará espacio para experimentar con R2 más grandes.
Recapitulación: R1 = 10k; R2 = 56k; R3 = 2k
Calculemos lo que ocurre con 10k y 56k a 3,5V: -> V(in) = 3.5V -> V(R1+R2) = 3.5V -> Assume V(eb-Q2) to be 0.55V: -> I(R2) = V(R2) / R2 = (3.5V - 0.55V) / 56kOhm =~ 53uA A 0,55V, R1 "querrá" conducir 55uA, pero R2 sólo conducirá 53uA. Esto significa que el divisor de tensión funcionará normalmente y el transistor estará realmente apagado.
Nota: Es posible (fig. 15) que a 0,55V para V(eb-Q2) siga dando de 0,1uA a 0,5uA en la base, pero la ganancia será tan horrible que no deberías esperar que la corriente de colector supere los 5uA. A 5uA, el NPN lo convertirá en un máximo de 250uA. ¡GANANCIAS!
(A 5uA I(base-Q1) el NPN también amplificará menos que las 50 veces a 100uA, por lo que será aún menos, que de nuevo, redondea hacia abajo a off, en comparación con 5mA sólo medio voltio más alto).
La ganancia total es tan alta e impredecible en el mundo real que no tienes que recalcular una y otra vez, puedes construir esto y probar. Con lo que sabes sobre el funcionamiento interno puedes ajustar R1 o R2 si no funciona lo suficientemente bien el primer intento.
El final. Espero que mucha gente saque muchos conocimientos nuevos de él, todo lo que sea más allá de esto es para otras preguntas en otros momentos
Le prometí una respuesta a una pregunta que quizás haya hecho antes:
¿Por qué no utilizar muchos transistores para que se apague a 3,9999999V?
Bueno, poner en cascada un montón de transistores puede ser un experimento divertido y deberías hacerlo si quieres averiguar más jugando. Pero más de dos transistores ya no servirán de mucho.
La ganancia del tercer transistor ya estará reducida, su corriente de colector no será más que un par de microamperios como máximo. Como vimos en la hoja de datos la ganancia depende de la corriente de colector y si tu transistor está diseñado para 50mA, 5uA son cacahuetes. Así que a partir del cuarto transistor y en adelante casi seguro que no mejoraremos más y es muy probable que lo empeoremos mucho, de hecho.
Por no hablar de que el exceso de ingeniería tiene sus límites. Con un transistor puedes encontrar un buen punto de funcionamiento, gastar más dinero en otro tiene sentido para facilitar que ese punto funcione bien y de forma aguda. Si construyes tu circuito con un tercer transistor ya te estás volviendo tan "preciso" que para que tenga sentido necesitarás resistencias con una precisión del 0,01% y funciones de transferencia de corriente exactas para los transistores y todo tipo de cosas en las que no quieres gastar tiempo ni dinero.
¿Ha terminado de aprender por ahora? ¿No? David L Jones puede contarle mucho más sobre los semiconductores y por qué funcionan así.
Obviamente, todo esto es válido para este esquema y muchos como él, pero no para todos.
Un buen amplificador de audio puede tener muchas más de tres etapas y será un buen diseño, porque utilizan diferentes tipos en cada etapa con un montón de matemáticas aún más extravagantes.
Empiezan con uno que sólo tiene una ganancia muy baja, incluso peor que el 2N2222 a 5mA, pero puede hacer muchos amperios en su colector. Luego uno que puede llegar a un amperio con una ganancia de 20 a 40. Luego uno hecho específicamente para el bajo ruido hasta 100mA - como el 2N3904 y 3906, a veces ayudado por uno del mismo tipo o similar para mantenerlo en su mejor región de trabajo (ahí es donde entran aún más las matemáticas complejas).
Por debajo de eso suele haber al menos otro que lo reduce a una corriente muy baja, posiblemente seguido de otro. Y antes de eso hay un conjunto de dos que están acoplados de una manera especial que lo hacen funcionar, junto con otros 2 a 80, como una especie de op-amp.
1 votos
Ese circuito no funcionará. No hay forma de que el LED se polarice directamente.
0 votos
@IgnacioVazquez-Abrams no estoy seguro si entiendo, ¿o simplemente puse el LED al revés?
0 votos
Incluso si el LED estuviera colocado correctamente, ese transistor nunca se encenderá. Y no existe tal cosa como "un transistor que tendría un estado de encendido/apagado brusco a un voltaje fijo"
1 votos
@brhans Aparentemente debería preguntar qué está mal con este diseño en su lugar...
0 votos
Su transistor es de tipo PNP y su LED está montado para conducir la corriente desde el transistor hacia arriba. La solución más sencilla en este esquema es dar vuelta la batería. Sin embargo, si desea que sea "lo más agudo posible" (encendido/apagado no es una opción en esta configuración, como @brhans dice), sospecharía que un NPN sería una mejor opción, en cuyo caso deje la batería como está, reemplace el PNP con NPN y voltee el LED.
0 votos
Dudo que solo un transistor te dé el encendido / apagado que deseas. Podrías probar con un diodo zener (3.3 V) en serie con R1. Pero para un transistor PNP y el LED, la forma en que lo has colocado, la batería debería estar al revés. O, para el más común NPN: haz lo que sugiere asmyldof.
0 votos
Todos sabemos que los ELECTRONES fluyen desde el - de la batería, a través del circuito, hasta llegar al + de la batería. Sin embargo, la CORRIENTE fluye en dirección opuesta, por lo que en sentido horario en tu circuito. ¡La flecha en el símbolo del diodo y el transistor deberían reflejar esto! ¡Nota que R2 está en paralelo con Vbe, lo cual es positivo, mantenlo así! Aún así, la flecha está en la dirección incorrecta... ;-).
0 votos
@WoutervanOoijen la idea del diodo Zener parece prometedora, gracias por la sugerencia
0 votos
@Rimpelbekkie dio la vuelta a la fuente ya que aparentemente eso es lo principal en lo que la gente está comentando..
5 votos
¡Ups! Te quedaste sin batería ;-) Sí, voltear la batería funcionaría. ¡Si todas las preguntas fueran tan simples ;-) Ahora tu circuito está al revés. ¡Todos los electrones se van a caer!
0 votos
Si te apetece, puedes leer la parte 2. Solo quería avisarte de que ya terminé. Aunque quizás quieras pedir el libro, seguro es un poco más corto ;-)