¿Colocación del transistor?

Question

Cuando se utiliza un transistor 2222 o 3904 de tipo NPN para conmutar un simple LED, ¿es mejor colocarlo en línea con el carril negativo o positivo de la carga (LED)?

Además, ¿qué carril es mejor cuando se trabaja con transistores darlington o MOSFET para cargas de alta potencia?

Answer 1

Las dos configuraciones son:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

La configuración del lado izquierdo es el emisor común

• La entrada debe ser sólo 0,7v más alta que el emisor para que el transistor se encienda.
• Se necesita una resistencia de base para limitar la corriente base-emisor a niveles seguros (pero también suficiente para la corriente de salida prevista).
• Cuando el transistor se enciende, la carga (led+resistencia) recibe toda la alimentación a través de ella, reducida sólo por la tensión de saturación Vce.
• Un cambio en el nivel de alimentación también modifica la tensión a través de la carga.
• El colector hunde la corriente (proporciona tierra) cuando la entrada (base) es positiva, por lo que el nivel de salida se invierte (la operación de encendido/apagado del led no se invierte).

La configuración del lado derecho es el colector común o seguidor de emisor

• La entrada debe ser 0,7v mayor que el voltaje del emisor previsto, por lo que el nivel de accionamiento adecuado depende del nivel de salida previsto.
• Cuando el transistor se enciende la tensión aplicada a la carga (led+resistencia) es 0,7v menor que la tensión de la base sin importar que el nivel de alimentación del colector cambie (suponiendo que no sea demasiado bajo).
• No hay necesidad de una resistencia de base (es opcional), la corriente base-emisor está limitada en función de la corriente de carga requerida y del transistor.
• El emisor genera corriente (proporciona alimentación positiva) cuando la entrada (base) es positiva, por lo que la salida no se invierte.
• La potencia disipada en el transistor puede ser alta, ya que es la corriente de salida multiplicada por la tensión Vce, que cambia según el nivel de alimentación del colector.

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Para un simple led se puede utilizar cualquiera de las dos configuraciones suponiendo que se disponga de una tensión de control del led Vf (tensión de avance) +0,7v.

En el circuito de emisor común, debido a la forma en que se calcula la resistencia de base (utilizando una estimación de ganancia) habrá algo de corriente base-emisor desperdiciada (una resistencia de emisor es una opción, por supuesto).
Por otro lado, con el circuito de colector común, la corriente de base será exactamente tan alta como sea necesario en función de los requisitos de la carga y la ganancia del transistor.

Si quieres mantener el voltaje del led constante cuando el nivel de la fuente de alimentación cambia, entonces el colector común es más adecuado.

Si en lugar de un simple led tienes un display de siete segmentos entonces el emisor común se adapta mejor para manejar un tipo de cátodo común y el colector común para manejar un display de ánodo común.

Answer 2

No hay un "mejor" o "mejor" universal en ninguno de los casos. Depende de tus necesidades. Todas estas configuraciones son válidas:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Todos ellos funcionan también con MOSFETs de canal N, y si Vcc se hace negativo (o si se considera que Vcc es "tierra"), entonces funcionan con BJTs PNP o MOSFETs de canal P. Cada uno tiene ventajas únicas:

La corriente del LED en el circuito de Q1 sólo depende de la tensión de la base, y no de Vcc, y sólo utiliza una resistencia.

En el segundo trimestre, \$V_{ce}\$ es sólo de unos 0,2V, lo que le da más tensión disponible para el LED y la resistencia que las otras configuraciones. También tiene una alta ganancia de voltaje, lo que hace que la corriente del LED sea en gran medida insensible a la tensión de entrada (además de estar encendido o apagado).

En el Q3, la corriente de la base ayuda a encender el LED, el transistor no se satura y por lo tanto puede conmutar más rápido, y sólo utiliza una resistencia.

No se me ocurren muchas razones por las que usarías el Q4 para hacer parpadear un LED, pero funciona. Este arreglo se llama base común y se aplica a los amplificadores de alta frecuencia.

Por supuesto, cada arreglo también sufre de desventajas únicas que no voy a detallar. El caso es que la respuesta a tu pregunta es "depende".

Para conocer algunas de estas posibilidades, véase ¿Por qué hay que manejar los LEDs con un emisor común?

Answer 3

Los dispositivos de tipo N (BJTs NPN, NMOSFETs) son para la conmutación en el lado bajo (alimentación negativa). Los dispositivos de tipo P (BJTs PNP, PMOSFETs) son para la conmutación en el lado alto (alimentación positiva). Esto no quiere decir que no se puedan utilizar para lo otro, pero hay que tener en cuenta el nivel de tensión adicional al hacerlo.

Answer 4

Para un transistor NPN, se consigue un circuito más eficaz con el LED en el colector (en serie con una resistencia). La razón es que el transistor se enciende fácilmente en saturación con una tensión de base moderada de unos 0,6V.

Con una configuración de seguidor de emisor (LED en el emisor y colector ligado al positivo), el LED se enciende cuando la base está a unos 2,6 voltios - tiene que superar el voltaje de avance del LED (unos 2 voltios para los LEDs estándar) Y el voltaje de "encendido" del emisor de la base de 0,6V.

Esto significa que la configuración de seguidor de emisor está fuera del alcance de las alimentaciones lógicas inferiores a unos 2,4V.

Además, ¿qué carril es mejor cuando se trabaja con transistores darlington o MOSFETs para cargas de alta potencia?

La respuesta es demasiado amplia, ya que depende totalmente del tipo de carga.