¿Cómo usar un transistor como interruptor?

¿Te has preguntado alguna vez cómo utilizar un transistor como interruptor? Si eres un aficionado a la electrónica, es probable que hayas oído hablar de esta técnica. Pero si eres un principiante, ¡no te preocupes! En este artículo te explicaremos de manera sencilla y clara cómo utilizar los transistores como interruptores en tus proyectos electrónicos. Sigue leyendo para aprender más.

¿Sabes cómo usar un transistor como interruptor? Si bien el concepto de transistores puede parecer complejo y desalentador al principio, en realidad son componentes increíblemente versátiles y útiles que pueden ayudar a impulsar proyectos en todo tipo de nuevas direcciones. Los transistores pueden actuar como interruptores y amplificadores, lo que permite a los usuarios tener un control total sobre el comportamiento de su circuito. En la publicación de blog de hoy, exploraremos cómo funcionan los transistores y ofreceremos una guía paso a paso sobre cómo usarlos como interruptores, ¡así que asegúrese de quedarse!

Contenido

¿Qué es el transistor?

Un transistor es un dispositivo electrónico que consta de tres terminales, que se utilizan para controlar la corriente eléctrica y el voltaje dentro de un circuito. Actúa como un interruptor, permitiendo que la corriente eléctrica fluya a través del circuito cuando el interruptor está encendido y bloqueándola cuando el interruptor está apagado. Al controlar la cantidad de corriente eléctrica que fluye a través de un circuito, los transistores se pueden usar para amplificar o reducir las señales en los circuitos eléctricos.

Los transistores se utilizan ampliamente en aplicaciones informáticas como almacenamiento de memoria, puertas lógicas y circuitos integrados. Además, también se encuentran comúnmente en amplificadores, fuentes de alimentación y otros equipos de audio. [1]

¿Cómo usar un transistor como interruptor?

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Antes de que podamos identificar el método más adecuado para usar un transistor como interruptor, primero debemos comprender los dos tipos predominantes de transistores empleados para este propósito: BJT (Transistor de unión bipolar) y FET (Transistor de efecto de campo).

Un BJT consta de tres terminales: colector, base y emisor. Actuando como un interruptor eléctrico, una corriente que pasa a través de la terminal de la base permite que los electrones fluyan entre las terminales del colector y el emisor. Este tipo de transistor funciona bien para aplicaciones de baja potencia, pero requiere más voltaje para la conmutación que un FET.

Por otro lado, los FET tienen cuatro terminales: puerta, fuente, drenaje y cuerpo. Son relativamente fáciles de controlar y requieren menos energía para la conmutación que los transistores BJT. Los FET se usan comúnmente como interruptores en circuitos digitales porque pueden controlarse mediante fuentes de voltaje o corriente y requieren muy poca corriente para funcionar. Sin embargo, debido a su construcción, los transistores FET tienen una impedancia de entrada mucho más alta que los transistores BJT, lo que los hace menos adecuados para su uso en aplicaciones analógicas donde se requiere una alta ganancia. [2]

Modos de funcionamiento de los transistores

Modo activo

En modo activo, los transistores se utilizan para amplificar señales. Este es el uso más común de los transistores y se pueden encontrar en una variedad de circuitos electrónicos.

Modo de corte

Cuando está en modo de corte, un transistor funciona como un interruptor eléctrico abierto. Esto ocurre cuando el voltaje base es inferior a 0,7 V y la corriente a través de la unión base-emisor es prácticamente cero. La ruta colector-emisor no conducirá en este estado ya que no se inyectan electrones en la región base para ser amplificados por la corriente del colector. Para encender un transistor NPN en modo de corte, el voltaje base debe exceder los 0,7 V o más.

Modo de saturación

En el modo de saturación, un transistor actúa como un interruptor cerrado. Esto ocurre cuando el voltaje base es suficiente para encender el transistor y fluye suficiente corriente a través de él. En este estado, la ruta colector-emisor conducirá la corriente ya que los electrones se inyectan en la región de la base y la corriente del colector los amplifica. Para apagar un transistor NPN en modo de saturación, el voltaje base debe caer por debajo de 0,7 V o menos.

Transistor como interruptor

Al usar un transistor como interruptor, es importante recordar los dos modos de operación: corte y saturación. En el modo de corte, el transistor actúa como un interruptor abierto, que no permite que fluya corriente a través de la ruta colector-emisor. En el modo de saturación, el transistor actúa como un interruptor cerrado, permitiendo que la corriente fluya del colector al emisor. Al elegir el voltaje de base apropiado para su circuito, puede usar transistores como un interruptor de encendido/apagado o como un amplificador.

Transistor NPN como interruptor

Los transistores NPN se usan comúnmente como interruptores debido a su capacidad para encenderse y apagarse fácilmente. Al aplicar una pequeña corriente a la base del transistor, se puede encender o apagar, lo que permite que la corriente fluya a través de la ruta colector-emisor. Esto los hace ideales para usar en circuitos que requieren un interruptor controlado eléctricamente. Cuando utilice un transistor NPN como interruptor, asegúrese de comprender los dos modos de funcionamiento: corte y saturación. Elija el voltaje base apropiado para su circuito y asegúrese de elegir un transistor con suficiente ganancia para su aplicación. Con estos consejos en mente, podrá utilizar con éxito transistores como interruptores en sus proyectos electrónicos.

¿Cómo usar un transistor como interruptor?

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Un ejemplo común del uso de un transistor como interruptor es con un transistor NPN como el 2N2222. En esta configuración, el colector está conectado a una fuente de voltaje positivo y el emisor está conectado a tierra. La base se utiliza como control de entrada. Cuando no fluye corriente hacia la base, el transistor se apaga, lo que significa que no puede fluir corriente del colector al emisor.

Sin embargo, cuando se aplica una pequeña corriente a la base, esto hará que fluya una corriente mucho mayor desde el colector al emisor, lo que permitirá que los dispositivos eléctricos conectados entre estos dos puntos se enciendan o apaguen dependiendo de si hay una corriente de base o no. . Esto se puede usar en circuitos como temporizadores o controladores lógicos donde es necesario encender o apagar una corriente en función de una señal de entrada.

Además, la cantidad de corriente que fluye a través del transistor se puede controlar cambiando la cantidad de corriente de base. Esto significa que los transistores también se pueden usar como amplificadores, aumentando las señales de una conexión a otra. Esto es útil para circuitos en los que es necesario amplificar una pequeña señal de control para impulsar cargas más grandes, como motores. [3]

Transistor PNP como interruptor

Un transistor PNP normalmente está apagado y requiere una pequeña corriente en la base para encenderse (“saturarse”), lo que permite corrientes más grandes del colector al emisor. Este tipo de circuito es útil para encender y apagar dispositivos móviles, como radios u otros dispositivos electrónicos.

Para usar un interruptor de transistor PNP, conecte la fuente de voltaje positivo a la terminal del colector del transistor y la clavija de tierra a la terminal del emisor. Luego aplique una corriente base para encenderlo. Cuando se elimine esta corriente, el transistor se apagará nuevamente. La cantidad de corriente que debe aplicarse depende del modelo exacto de transistor que se utilice, así que consulte su hoja de datos para obtener detalles exactos.

Al elegir un transistor PNP como interruptor, es importante tener en cuenta las clasificaciones de corriente y voltaje del dispositivo. Esto asegurará que el dispositivo pueda manejar la cantidad de corriente necesaria para su aplicación sin dañarse o sobrecalentarse. También asegúrese de usar un valor de resistencia adecuado en serie con el terminal base para proporcionar un nivel seguro de flujo de corriente a través del transistor y evitar daños por condiciones de sobrecorriente. Una vez que haya seleccionado un transistor PNP apropiado y haya creado su circuito, debe realizar algunas pruebas iniciales antes de integrarlo en su sistema.

Verifique el funcionamiento adecuado en diferentes condiciones de carga aumentando lentamente las cargas hasta que se alcance la saturación y se verifique el rendimiento de conmutación.

¿Cómo usar un transistor como interruptor?

Ejemplo de transistor PNP como interruptor

En este ejemplo, se usa un transistor PNP para cambiar un circuito entre dos modos de operación diferentes. Un divisor de voltaje que consta de R1 y R2 proporciona la corriente base para saturar el transistor. Cuando la señal de entrada es alta, enciende el transistor, que conecta la salida a tierra y apaga la salida. Cuando la señal de entrada es baja, apaga el transistor y permite que la corriente pase del colector al emisor hasta que se alcanza la saturación.

Esto mantendrá la salida activa hasta que se alcance la saturación nuevamente cuando se reciba otra señal alta en la terminal base. Este tipo de conmutación puede ser una forma efectiva de controlar múltiples circuitos con una señal de entrada o cambiar los modos de operación en sistemas complejos. Se deben realizar pruebas rigurosas para garantizar que todos los componentes funcionen correctamente y que el circuito cumpla con su propósito previsto.

Con un diseño cuidadoso y las pruebas adecuadas, un transistor PNP puede ser una forma efectiva de encender o apagar circuitos dependiendo de las condiciones presentes en su sistema. Tenga en cuenta las clasificaciones de voltaje y corriente de su dispositivo cuando lo seleccione para aplicaciones de conmutación, así como cualquier otra consideración de seguridad, como el rango de temperatura o problemas de compatibilidad electromagnética. [4]

Ejemplos prácticos de transistor como interruptor

Transistor para cambiar el LED

Esta es una de las aplicaciones más simples de un transistor como interruptor. Para empezar, necesitamos crear dos circuitos: el circuito de control (transistor y sus componentes de polarización) y el circuito de carga (el LED).

En este ejemplo, usaremos un transistor NPN con una fuente de alimentación de 5V. Conecte el terminal positivo de la fuente de alimentación al colector y tierra al emisor. Luego conecte la base del transistor NPN a través de una resistencia a tierra y luego conecte un botón pulsador entre la resistencia y +5V. Cuando presiona el botón pulsador, completará el circuito permitiendo que la corriente fluya desde +5v a través de la unión base-emisor hasta llegar a la región de saturación.

Ahora, para conectar un circuito de carga, conectaremos el LED entre el colector y tierra. Al presionar el botón, la corriente fluirá desde la base hasta el emisor del transistor, lo que permitirá que la corriente pase del colector al emisor a través del LED. Esto hace que brille. Este ejemplo muestra cómo se puede usar un transistor NPN como interruptor. Sin embargo, esta configuración no es ideal para controlar cargas de alta potencia debido a la capacidad de corriente limitada de los transistores. Es más adecuado para aplicaciones de baja potencia como el control de LED, relés, etc.

¿Cómo usar un transistor como interruptor?

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Se puede usar un transistor para operar un relé, lo que permite el control remoto de un aparato o dispositivo. Para ello, se conecta el colector del BJT (Bipolar Junction Transistor) a un lado de la bobina del relé y el emisor se conecta a tierra. La base debe cambiarse entre 0V (apagado) y +5V (encendido).

Al conectar un suministro de voltaje más alto a través de los dos terminales en la bobina del relé, cuando se aplica una señal a la base del transistor, se encenderá y energizará la bobina. Esto a su vez provoca un electroimán dentro del relé que atrae una armadura y cambia dos contactos en el interior cerrándolos. Esto permite que la corriente de su suministro de mayor voltaje pase a través del relé y a lo que sea que esté controlando. Una vez que la base del transistor se apaga, ya no conducirá corriente, por lo que la bobina del relé se desactivará y la armadura volverá a su posición original, abriendo los contactos en el interior.

Este proceso puede repetirse tantas veces como sea necesario. El uso de esta técnica con un BJT o cualquier otro tipo de transistor permite un fácil control remoto de los dispositivos conectados a una fuente de alimentación. También proporciona una capa adicional de seguridad al no tener que usar voltaje de red cerca de su circuito, sino solo una señal de bajo voltaje para activarlos de forma remota. [5]

¿Cómo usar un transistor como interruptor?

Transistor para conducir el motor

El transistor también se puede utilizar para impulsar un motor. A continuación se muestra un circuito simple de un transistor y un motor de CC. En este circuito, la resistencia R2 se usa para limitar la corriente que fluye hacia la base (B) del transistor. La resistencia R1 se usa para controlar el voltaje aplicado al emisor (E). Cuando se aplica suficiente voltaje, hará que la corriente fluya a través del motor y lo encienda. Cuando esto sucede, fluirá más corriente desde el pin del colector (C) del transistor a tierra, lo que permitirá que pase más energía por el motor y que gire más rápido. La velocidad de rotación se puede ajustar variando las resistencias R2 y R1 para que fluya suficiente corriente hacia la base. El transistor utilizado en este circuito se puede reemplazar con un MOSFET de canal N, que tiene una mayor velocidad de conmutación y un menor consumo de energía que un transistor.

Tipos de transistores

Hay dos tipos principales de transistores que puede usar como interruptor: transistores de unión bipolar (BJT) y transistores de efecto de campo (FET). Ambos tienen sus propias ventajas y desventajas cuando se usan como interruptores, por lo que es importante comprender las diferencias entre ellos.

Transistor de unión bipolar (BJT): Este es uno de los tipos de transistores más utilizados para aplicaciones de conmutación. Los BJT tienen tres terminales: Base, Colector y Emisor. Estos están conectados de tal manera que cuando una corriente fluye a través de la terminal base, crea un camino conductor desde el colector hasta el emisor, permitiendo que la corriente fluya desde el colector hasta el emisor. La ventaja de los BJT es que pueden cambiar grandes niveles de corriente y voltaje con un consumo de energía relativamente bajo.

Transistor de efecto de campo (FET): Los FET son similares a los BJT en que también tienen tres terminales: Puerta, Fuente y Drenaje. Cuando la compuerta se activa por un nivel de voltaje pequeño, actúa como un aislante entre la fuente y el drenaje. Esto hace que la corriente fluya de la fuente al drenaje, lo que enciende el dispositivo. La principal ventaja de los FET sobre los BJT es su muy bajo consumo de energía, lo que los hace ideales para aplicaciones donde el bajo consumo de energía es importante.

Al decidir qué tipo de transistor usar como interruptor, debe considerar los requisitos de la aplicación, como la capacidad máxima de manejo de corriente, el rango de voltaje, etc., y luego seleccionar el dispositivo que mejor se adapte a sus necesidades.

Una vez que haya seleccionado el tipo de transistor a usar, es importante comprender cómo conectarlo y configurarlo correctamente para que funcione según lo previsto. Al conectar un interruptor BJT o FET, preste atención a cosas como la polaridad del cableado, las clasificaciones de voltaje y corriente, el diseño del circuito, etc., ya que pueden afectar el rendimiento del interruptor. Con la instalación y configuración adecuadas, los transistores se pueden usar de manera confiable para aplicaciones de conmutación.

¿Cómo usar un transistor como interruptor?

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Un transistor es un dispositivo electrónico que se puede utilizar como interruptor para controlar el flujo de electricidad en un circuito electrónico.

Se prefieren los transistores a los interruptores mecánicos porque son más confiables y eficientes, y tienen menos piezas que un interruptor tradicional.

Además, los transistores requieren menos energía para funcionar, lo que los hace ideales para su uso con circuitos de bajo voltaje. También ofrecen un mejor control que los interruptores convencionales, ya que pueden funcionar a velocidades muy altas y modular con precisión la corriente que fluye a través de ellos.

Finalmente, los transistores brindan un mejor aislamiento entre los circuitos de entrada y salida, lo que ofrece una mejor protección contra daños debido a cortocircuitos u otras fallas de cableado.

En general, los transistores brindan varias ventajas sobre los interruptores convencionales en términos de confiabilidad, eficiencia y seguridad. Son una opción ideal para su uso en una amplia gama de aplicaciones electrónicas y se han convertido en el dispositivo de conmutación estándar en muchas industrias. [6]

¿Cómo usar un transistor como interruptor?

Preguntas>

¿Por qué usarías un transistor como interruptor?

Un transistor se usa como interruptor porque sus propiedades permiten que se use como un dispositivo electrónico que puede controlar la cantidad de corriente que fluye a través de un circuito. Al usar un transistor, puede ajustar fácilmente la cantidad de corriente o voltaje que pasa por una parte particular de su circuito sin realizar ningún cambio físico en los componentes del circuito. Esto lo hace ideal para controlar corrientes más grandes que las que podrían controlarse con un simple interruptor mecánico.

¿Qué tipos de transistores son mejores para usar como interruptores?

El tipo de transistor más popular que se utiliza como interruptor se suele denominar transistor de unión bipolar (BJT) NPN (Negativo-Positivo-Negativo). Este tipo de transistor tiene tres terminales conectados internamente y se reconoce fácilmente por su configuración de tres pines. Los transistores NPN se usan comúnmente para aplicaciones tales como controlar luces LED, encender o apagar motores y relés, e incluso controlar la cantidad de energía que fluye a través de un circuito.

¿Existen otros tipos de transistores que puedan usarse como interruptores?

Sí, los transistores de unión bipolar PNP (Positivo-Negativo-Positivo) también se pueden usar como interruptores en algunos casos. Si bien este tipo de transistor es menos común que los dispositivos NPN, todavía tiene sus propias ventajas únicas y puede proporcionar mejores niveles de control de corriente cuando sea necesario. Además, los MOSFET (Transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido de metal) se usan a menudo en lugar de BJT, ya que a menudo pueden proporcionar un mejor control sobre la corriente y tienen menos pérdidas de energía cuando se usan en aplicaciones de alta potencia.

¿Hay otras consideraciones a tener en cuenta al usar un transistor como interruptor?

Sí, es importante asegurarse de que su circuito esté diseñado correctamente antes de conectar los terminales del transistor. La cantidad de voltaje o corriente que fluye a través del circuito debe tenerse en cuenta antes de conectar un transistor; de lo contrario, puede causar daños tanto al componente como a su circuito. Además, es fundamental mantener una disipación de calor adecuada para el transistor; si no se hace correctamente, esto podría conducir a una falla prematura del componente. Por último, asegúrese de seleccionar un tipo de transistor adecuado para su aplicación y utilice la configuración de pines correcta para un rendimiento óptimo.

¿Cómo se usa un transistor NPN como interruptor?

Usar un transistor NPN como interruptor es una forma fácil y efectiva de controlar un circuito. Para usar un transistor NPN como interruptor, deberá conectar la base del transistor a la fuente de señal (por ejemplo, un pin Arduino u otro microcontrolador). Luego conecta el colector del transistor a su fuente de alimentación y el emisor del transistor se conectará a tierra. Cuando la corriente fluye a través de la base del transistor, permite que la corriente fluya entre los terminales del colector y el emisor, encendiendo efectivamente su circuito. Cuando no fluye corriente a través de la base, la corriente no fluye entre los terminales del colector y el emisor, apagando efectivamente su circuito.

Es importante tener en cuenta que para este tipo de aplicación de conmutación, debe asegurarse de que el transistor NPN tenga el tamaño adecuado para los requisitos actuales de su circuito. Si no se dimensiona correctamente el transistor, se puede generar demasiada corriente y calor, lo que puede provocar un desbordamiento térmico y daños en el circuito. Una vez que su circuito esté funcionando de manera correcta y segura, podrá controlarlo con una señal digital de un microcontrolador u otra fuente.

¿Dónde se usan los transistores como interruptores?

Los transistores se utilizan como interruptores en una variedad de aplicaciones, incluidos circuitos lógicos de computadora, circuitos flip-flop y circuitos de control de potencia. También se pueden utilizar para encender/apagar otros componentes, como motores, LED y relés. Además, los transistores se pueden usar para amplificar señales o proporcionar ganancia de corriente en circuitos amplificadores. Los transistores se pueden encontrar en muchos dispositivos electrónicos, como radios, televisores, teléfonos celulares y computadoras. Además, se usan comúnmente en la electrónica automotriz para controlar la velocidad de ventiladores, bombas y solenoides.

¿Cuánta potencia puede manejar un transistor?

Los transistores están disponibles en una variedad de clasificaciones de potencia. En general, los transistores de baja potencia pueden manejar hasta alrededor de 100 mA y los transistores de mayor potencia pueden manejar hasta alrededor de 10 A o más. El tipo de transistor utilizado dependerá de la aplicación y de la carga de ganancia/salida de corriente requerida.

¿Los transistores caen de voltaje?

Sí, los transistores actúan como una caída de voltaje cuando se usan como interruptores. Cuando el transistor está en la región de corte, no fluye corriente a través de él y, por lo tanto, no hay caída de voltaje a través de él. Sin embargo, una vez que el transistor se enciende mediante la aplicación de una cierta cantidad de corriente de base (que depende del tipo de transistor que se utilice), se produce un aumento en el voltaje colector-emisor. Esto provoca una caída de voltaje en el transistor que se puede calcular usando la Ley de Ohm (V = I * R). El valor exacto de esta caída de voltaje variará según el tipo de transistor y la cantidad de corriente que pasa a través de él. Además, aumentar o disminuir la corriente de base aplicada puede cambiar esta caída de voltaje en consecuencia.

Video útil: uso de un transistor como interruptor

Conclusión

En conclusión, los transistores son una gran herramienta para controlar la electricidad y crear combinaciones lógicas complejas. Cuando se usan como interruptores, pueden ser increíblemente útiles para encender o apagar dispositivos con muy poca energía. Los transistores también son relativamente económicos y fáciles de usar, lo que los convierte en una opción rentable y confiable para muchas aplicaciones. Con los conocimientos adecuados, cualquiera puede configurar un interruptor de transistor de forma rápida y sencilla. Entonces, si está buscando una forma eficiente de controlar las señales eléctricas en el diseño de su circuito, ¡entonces vale la pena considerar el interruptor de transistor!

Referencias

  1. https://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_4.html
  2. https://learn.sparkfun.com/tutorials/transistors/applications-i-switches
  3. https://www.tutorialspoint.com/transistor-as-a-switch
  4. https://eepower.com/technical-articles/how-to-operate-a-transistor-as-a-switch/
  5. https://www.electronicshub.org/transistor-as-a-switch/
  6. https://www.nutsvolts.com/magazine/article/may2015_Secura
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