• Articles
• admin

No hay suficiente información en su pregunta para dar una respuesta definitiva, pero repasemos los pasos de diseño para que no solo pueda averiguar esta, sino que también esté mejor equipado para resolver la siguiente pregunta de transistor que se le ocurra.

Ley de Ohmios

La ley de Ohmios expresa la relación entre resistencia (R), corriente (I) y voltaje (V): V = I * R. Así que si tuviéramos un suministro de 5V y una resistencia de 100 ohmios a través de él, la corriente I sería V / R = 5V / 100ohm = 0.05 A = 50mA. En su ejemplo particular, sin embargo, también hay un diodo IR. El circuito que describes con el diodo IR y ningún transistor se ve así:

simule este circuito-Esquemático creado usando CircuitLabNota de que he mostrado sus cuatro resistencias de 10 ohmios como una única resistencia de 40 ohmios para mayor claridad. En este circuito, el voltaje de avance es de alrededor de 1,6 V (que está por debajo del VF máximo de 1,7 V según la hoja de datos) y la corriente es de alrededor de 85 Ma. Si está utilizando un diodo IR diferente, tendrá que encontrar y buscar su hoja de datos para obtener los detalles de su pieza.

¿Qué es un transistor?

Sí, es una pregunta retórica. Sin embargo, hay muchas maneras de pensar en los transistores. Una forma útil es pensar en ellos como amplificadores de corriente. La ganancia de un transistor, especificada como hFE, es aproximadamente la relación entre la corriente del colector IC y la corriente base IB. Esta es una forma muy simplista de pensar en ello, pero en realidad sigue siendo útil en la práctica. Es decir, IB * hFE = IC (aproximadamente). El valor real de hFE varía, pero un valor típico es de 100 o más.

Lo siguiente a recordar es IB + IC = IE; toda la corriente fluye a través del emisor. Se divide entre la base (pequeña) y el colector (la mayor parte de la corriente). La dirección de la corriente depende de si el transistor es PNP o NPN. Un 2N2222 es un transistor NPN, que también es el tipo más común de transistor bipolar, por lo que el resto de la discusión asumirá NPN. Todo es casi lo mismo para un transistor PNP, excepto que las corrientes y voltajes se invierten con respecto a un transistor NPN.

Usar un transistor como conmutador

Lo que a menudo queremos de un transistor, como en su caso, es que actúe como un conmutador. Lo queremos «encendido» si el voltaje de entrada es alto y «apagado» si el voltaje de entrada es bajo. Hay una región lineal en la que los transistores actúan, bien, linealmente como el amplificador de corriente descrito anteriormente. Eso es útil si está utilizando un transistor como amplificador de señal analógica. Sin embargo, si estamos buscando una operación de encendido/apagado binario, no estamos interesados en el rango lineal. De hecho, buscamos evitarlo y operar el transistor únicamente en una de dos regiones: corte y saturación. La disposición típica para manejar esto desde un puerto GPIO (para cualquier procesador) se ve así:

simule este circuito

Cálculo de resistencia de carga

La resistencia R2 representa la carga. En su caso, la carga es el diodo IR y cualquier resistencia limitadora de corriente que se necesite. Podemos calcular eso primero.

El voltaje y la corriente para el diodo IR, como se mencionó anteriormente, podemos obtener de la hoja de datos. La hoja de datos dice que la corriente continua máxima es de 100 Ma (su hoja de datos puede especificar algún otro número). Así que podemos empezar con eso. Podríamos usar un Vcc de 3,3 V o un Vcc de 5 V. Digamos 5V. El voltaje a través del diodo será inferior a 1.7 V de acuerdo con la hoja de datos, por lo que 5V – 1.7 V = 3.3 V.

A continuación, miramos la hoja de datos de un transistor 2N2222 y miramos el VCE(sat), que significa el voltaje del colector al emisor cuando el transistor está en saturación (completamente encendido). Eso es 0.3V a IC=150mA de acuerdo con la hoja de datos que está lo suficientemente cerca de nuestro objetivo de 100mA para usar. Entonces 3.3 V-0.3 V = 3.0 V. Ahora 3.0 V / 100mA = 30 ohmios. Puede usar tres de sus resistencias de 10 ohmios o una sola resistencia de 33 ohmios (que es el valor estándar más cercano). Sin embargo, recomiendo aumentarlo un poco para que el diodo IR no funcione a su límite absoluto. Podemos pasar al siguiente valor estándar que es de 39 ohmios.

Cálculo de resistencia de entrada

Dado que hemos determinado la corriente del colector (alrededor de 100 Ma), podemos calcular una corriente base mínima utilizando el hFE del transistor, si esa es la única cifra que tenemos. Así que 100mA / 100 = 1mA. Sin embargo, el valor de hFE no es realmente tan útil cuando se trata de conducir el transistor a la saturación. Esto se debe a que el hFE solo tiene sentido en el rango lineal del dispositivo en el que más corriente de base se traduce en proporcionalmente más corriente de colector. Debido a que queremos conducir el transistor a saturación, que es una región en la que más corriente de base NO da lugar a más corriente de colector (porque está saturada), tenemos que agregar un factor para asegurarnos de que se conduce hasta la saturación. Podemos elegir arbitrariamente un valor de 5 a 10 para eso. Así que un multiplicador de 10x nos daría 10mA. El GPIO de la Pi es capaz de entregar eso, pero hagamos el cálculo de una manera diferente en su lugar.

El VBE (sat) es el voltaje de base a emisor cuando el transistor está en saturación. La hoja de datos da un valor mínimo de 0.6V (que es muy típico) y un valor máximo de 1,5 V a una corriente base de 15 Ma. Si el Pi está suministrando 3.3 V cuando el pasador está accionado alto, entonces el voltaje a través de la resistencia de entrada es de 3.3 V – 0.6 V = 2.7 V. 2.7 V / 15mA = 180 ohmios, que simplemente es un valor estándar. El circuito resultante se ve así:

simular este circuito

Algunos resultados importantes de simulación estática (CC) para este circuito son:

V(R1.nA) = 739.5 mVI(R1.nA) = -14.23 mAI(R2.nA) = 83.48 mAV(D1.nA)-V(D1.nK) = 1.656 V

Vemos que la corriente de entrada es de aproximadamente 15 Ma, según lo calculado, y la corriente del diodo es de 83.48 mA (cómodamente menos que el máximo de 100 Ma). La caída de voltaje del diodo es de 1.656 V, que es cercana pero inferior al máximo de 1.7 V. Para un margen de seguridad adicional, podría aumentar aún más el valor de la resistencia limitadora de corriente R2.

Tenga en cuenta también que esto está cerca de la corriente máxima especificada para el Pi, por lo que tendrá que programar el puerto particular para esa cantidad de corriente (la corriente se especifica de 2mA a 16mA).

Conclusión

El cálculo de los valores de resistencia es un proceso de varios pasos que utiliza datos de hojas de datos tanto para la carga como para el transistor que se está utilizando. Solo requiere algunas matemáticas simples que se pueden hacer fácilmente a mano. Espero que esta respuesta no solo responda a su pregunta específica, sino que también pueda ser empleada por otros que deseen hacer sus propios diseños.