¿Para qué sirve esta resistencia en este circuito?

Question

Estoy estudiando electrónica y actualmente estoy leyendo "Make: Electronics" de Charles Platt. Aquí está uno de los diagramas de circuito que él da para hacer una alarma antirrobo básica:

Mi pregunta es, cual es el propósito de la resistencia de 1K después del interruptor. Entiendo el objetivo de todos los demás componentes, pero ¿por qué tiene que estar ahí esa resistencia? He releído esta parte del libro varias veces pero no parece mencionar por qué esa resistencia está ahí o qué hace. ¿Se puede omitir?

Answer 1

Las resistencias de 10K y 1K del circuito forman un divisor de tensión cuando se pulsa el interruptor cerrado. Con la alimentación de +12V, este divisor establece nominalmente una tensión de polarización de base del transistor de aproximadamente 1 voltio. Fluye muy poca corriente de base debido al hecho de que el emisor del transistor NPN se mantiene por encima de tierra y, como tal, la tensión de emisor de base NPN nunca llega a ser lo suficientemente alta como para permitir que el transistor se encienda. En una simulación de dicho circuito con un modelo de transistor 2N3904 muestra que la presencia de la resistencia de 1K mantiene un cierto sesgo a través del LED de alrededor de 0,7V debido a las corrientes de muy bajo nivel en el transistor . Si se quita la resistencia de 1K y el interruptor se cierra a GND, la polarización a través del LED cae esencialmente a cero porque el transistor se apaga completamente.

Desde un punto de vista funcional para conseguir un LED para encender y apagar desde el interruptor no hay necesidad de tener la resistencia de 1K como se relaciona con sólo este circuito simple. Por otro lado, si este circuito se utilizara en un sistema más complejo que tuviera un circuito de monitorización a través del LED buscando la polarización mencionada anteriormente, podría ser un indicador de que todo el cableado desde el interruptor hasta el LED estaba intacto y en su sitio. En un sistema de alarma antirrobo real en el que el interruptor y el LED pueden estar situados a gran distancia, esta detección de polarización residual puede desempeñar un papel importante para garantizar que el cableado no ha sido manipulado.

Answer 2

Tienes razón, la resistencia de 1 kΩ no tiene sentido. Cuando el interruptor está cerrado, hace que la base del transistor baje lo suficiente como para apagarlo, pero un cortocircuito directo de la base a masa conseguiría inequívocamente el mismo efecto.

No me gusta mucho este circuito. En este caso, no le veo sentido a poner el LED en la pata emisora. Parece una forma enrevesada de hacer las cosas sin ningún beneficio real.

Teniendo en cuenta todo lo anterior, yo no me fijaría en nada de ese libro como ejemplo de buen diseño.

Answer 3

Si el interruptor está abierto, la tensión de base viene determinada por la tensión directa del LED, por ejemplo 2 V + 0,7 V = 3,7 V. Entonces la corriente de base es (12 V - 3,7 V)/ 10 kΩ = 0,83 mA.

Si cierras el interruptor, la corriente a través de la resistencia de 10 kΩ se dividirá para ir en parte a través de la resistencia de 1 kΩ, y en parte a la base. Sabemos que la base necesita 3,7 V antes de que el transistor comience a conducir. Para tener 3,7 V allí, la corriente a través del 1 kΩ tendrá que ser de 3,7 mA, debido a la Ley de Ohm. Así que si el transistor condujera, su corriente de base sería 3,7 mA menor que la corriente de la alimentación de 12 V a través de la resistencia de 10 kΩ.

Pero vimos que esa corriente no será superior a 0,83 mA, por lo que todo pasará por el 1 kΩ y el transistor no conducirá en absoluto. Como no conduce podemos ignorarlo por ahora, y calcular la tensión de base a partir del divisor de resistencias:

\$ V_B = \dfrac{1 k\Omega}{1 k\Omega + 10 k\Omega} \times 12 V = 1.09 V\$ ,

que, efectivamente, es inferior a los 3,7 V requeridos.

¿Y si se omitiera el 1 kΩ? Entonces la corriente de tierra aumentaría de 1,09 mA a 1,2 mA, eso es todo. Esa diferencia de 0,1 mA no hará saltar la banca, así que mejor omitirla.

Francamente, no creo que sea un buen circuito. Cierras el interruptor para apagar el LED, en lugar de encenderlo, lo cual está, bueno, bien, pero significa que cuando el LED esté apagado seguirás teniendo una corriente de 1,1 mA fluyendo, para nada. Sería una mejor idea colocar el interruptor en el lado de 10 kΩ. Admitido, su función sería inversa (el cierre encendería el LED), pero no tendrás corriente con el LED apagado. En ese caso todavía puedes añadir una resistencia a masa, pero su valor debe ser mucho mayor: una de 4,5 kΩ consumirá 0,83 mA a 3,7 V de tensión de base. Esos 0,83 mA eran la corriente procedente de la alimentación de 12 V, así que ese es el punto en el que el transistor apenas empieza a conducir. Así que el valor debe ser mayor que eso. Un valor de 100 kΩ consumirá 37 µA cuando el transistor conduzca, así que la base recibirá 830 µA - 83 µA = 750 µA. Si no te importa la pérdida del 10 % puedes colocar la resistencia. También puedes omitirla ahí (¡sin sustituirla por un cable!), entonces la base flotará cuando el interruptor esté abierto. Para un transistor bipolar eso no es realmente un problema, especialmente porque necesitarías un alto 3.7 V para conseguir que conduzca, pero para un MOSFET esa resistencia sería necesaria.

Answer 4

La corriente encontrará el camino con menor R. Apagado, el divisor sujetará el voltaje de la Base a 1V que no es suficiente para encender el Transistor. Encendido, la corriente fluirá hacia el transistor y encenderá la Vbe y el Diodo.

Answer 5

De tu pregunta deduzco que el circuito es un ejemplo de alarma antirrobo.

Por lo tanto creo que la función de esa resistencia es evitar que algún intruso queme tu "sofisticadísima" alarma, poniendo una pila de 9V directamente entre los contactos del interruptor.

Otra función de esa resistencia (a lo mejor en el libro se explican más adelante para mejorar ese ladrón) es que a lo mejor está incrustada en el interruptor. De esta manera, si un intruso simplemente cortocircuita los cables (es decir, hace un corto directo entre la base y tierra), la resistencia será en realidad 0. Por lo tanto, puedes añadir un comparador que monitorice el voltaje de la base. Si baja demasiado, la alarma se activará de todos modos, ya que un intruso ha intentado manipular tu alarma.

Aparte de esto, la resistencia no tiene ninguna otra función práctica: podría haberse omitido.

¿Por qué esta extraña disposición (transistor NPN, LED en el LADO emisor). Bueno, si consideras el interruptor y la resistencia como un único componente, te darás cuenta de que ambos tienen la masa conectada a un terminal. ¿Quizás esto pueda ser útil en algunas circunstancias?