Hoy intentaremos utilizar un transistor como interruptor. Mi hija me preguntó por qué usaba transistores. Responder a esta pregunta podría ser mejor si lleváramos a cabo una experimentación real. y aprender y comprender mejor de primera mano.
Nuestro objetivo en este artículo es aprender a utilizar transistores en un nivel básico. Por lo tanto, no le presentaremos otros principios o teorías más complejos. Porque no es muy adecuado para mi hija en este momento.
De todos modos, espero que te sean de gran utilidad de una forma u otra.
Preparando equipos
En este experimento, vamos a recoger la mayoría de los componentes que ya están en nuestro almacenamiento. los cuales son: una batería de 12V, 3Ah y una bombilla.
Utilizamos bombillas que se han utilizado en motos antiguas. Aunque ya es bastante antiguo, emite una luz tenue y utiliza una gran cantidad de energía. Puede ayudarnos a aprender sobre la corriente eléctrica y visualizar cualquier cambio fácilmente.
En este experimento, no vamos a utilizar una placa de pruebas; en lugar de eso, vamos a construir nuestro propio tablero de pruebas.
El tablero de pruebas es muy fácil de construir. hecho de pequeñas tablas de madera (alrededor de 10 cm por 15 cm), clave algunos clavos y conéctelo con alambre de cobre de 1 mm.
Soldamos cada clavo junto con dicho cable de cobre en un circuito simple. Por tanto, podemos tomar o medir la electricidad en cada punto fácilmente. Este tipo de placa es adecuada para circuitos con pocos detalles.
circuito electrónico básico
El circuito más sencillo para experimentar es conectar una bombilla a la batería. Pero es bastante molesto encender o apagar la bombilla. Entonces agregamos el interruptor pulsador como se muestra a continuación.
Preferimos un microinterruptor porque es bastante económico y se puede soldar o conectar a una placa de pruebas muy fácilmente.
Según la hoja de datos, puede presionar más de 100.000 veces, lo que lo hace adecuado para los botones del mouse.
Pero todavía hay un cuello de botella, y es que su carga nominal es DC12V 0.1A.
Si se utiliza con una bombilla de 12 V y 10 W, tendría una corriente de alrededor de 0,7 A. siete veces más de lo que los interruptores podrían soportar y puede dañarse.
En su lugar, necesitaríamos usar un transistor para manejar esa alta corriente. para que podamos seguir usando exactamente este mismo microinterruptor.
Nota: En la imagen de arriba, soldamos este microinterruptor en la placa de circuito perforado y conectamos un conector para que fuera más cómodo de usar.
¿Podríamos reducir la corriente con una resistencia?
Mi hija preguntó: ¿Podemos reducir la corriente que pasa por S1 con una resistencia? Pero cuando la corriente a través de L1 disminuye, también reduce el brillo de las bombillas, lo cual no queremos.
Experimentemos con el transistor como interruptor.
Como ya sabemos, el transistor es un semiconductor, por lo que también funciona como interruptor. Todavía se utiliza ampliamente, aunque ya tenemos IC.
El transistor tiene una característica muy similar a un interruptor de botón. Pero en lugar de empujarlo, aplicamos una pequeña corriente a B, y dejará pasar una corriente mayor para fluir de C a E.
Inicie el primer circuito de transistores.
Primero, montemos el primer circuito según el circuito siguiente.
Una vez que hayamos terminado de ensamblar el circuito, comencemos la experimentación.
1. Mida el voltaje de la batería (Vbat); El resultado que obtuvimos es de alrededor de 12,49 V.
2. Mida el voltaje en los pines C y E de Q1 (VCE) o GND. Lo que obtuvimos es alrededor de 12,45 V porque la corriente puede fluir a través de L1 hasta el punto de medición del medidor. El transistor está en estado de corte.
3. Pulsamos el interruptor S1, y veremos inmediatamente encenderse la bombilla (carga del circuito). y el voltaje en C cae a aproximadamente 0,11 V. Demuestre que el Q1 funciona en la misma línea que el interruptor de encendido (cerrado) y que la caída de voltaje a través de él es muy baja hasta el punto de casi cero.
4. Mida el voltaje en B y E de Q1 (VBE); actualmente es 0,7V.
5. Desconecte un cable del L1 y mida la corriente que fluye a través de él (corriente de carga). Es exactamente igual al que fluye a través del pin C del transistor. A esta corriente la llamamos ‘IC’ (corriente de colector) y tiene valores de alrededor de 0,16 A; Normalmente, la bombilla utiliza aproximadamente 0,17 A de corriente.
Del resultado que obtuvimos, nos muestra que la resistencia puede encender o apagar la electricidad con la misma eficiencia que otros interruptores comunes.
6. Mida la corriente que fluye por R1, que es la misma corriente que fluye por el pin B de Q1 y S1; Actualmente, ronda los 0,004A.
El resultado que obtuvimos al medir el IB nos muestra que la corriente que fluye a través del interruptor es muy pequeña y definitivamente está dentro de las especificaciones indicadas por el fabricante.
Polaridad del transistor
Intentamos cambiar las patas CE del transistor, como se muestra a continuación.
Pero cuando aplicamos la corriente, la bombilla se enciende débilmente, aunque no hayamos presionado el interruptor S1. y el primer trimestre también comienza a calentarse porque ha recibido un sesgo inverso.
Tanto los transistores NPN como los PNP no funcionarán a menos que estén conectados con la polaridad adecuada.
¿Por qué poner R1?
Mi hija me preguntó: ¿Qué pasaría si no añadimos R1 (RB)? Entonces, intentamos usar un cable con pinza de cocodrilo de doble extremo para cortocircuitar R1 y simular lo que sucede cuando no hay R1 sino un cable simple de S1 y B de Q1.
Los cabezales de los clips se llaman pinzas de cocodrilo, así que llamaré a los cables cables de cocodrilo. Está bien si los cables son más largos, pero es posible que se enreden más.
Luego presione el S1 nuevamente. Pero ahora la bombilla se enciende sólo durante unos segundos y sale humo del transistor. Porque el pin B no puede manejar una corriente superior a la nominal.
Entonces se dañó inmediatamente.
Entonces, ¿cuál es el voltaje y la corriente máximos para la base del transistor?
Esto se responde en la hoja de datos del fabricante.
Allí, vemos que S9013 puede recibir VBE como máximo 5 V, por lo que se daña cuando recibe 12 V.
La siguiente pregunta es: ¿Qué voltaje es adecuado para ellos en su modo de conmutación? La respuesta es de alrededor de 0,6 V a 0,9 V.
¿Cómo se evita que funcione un transistor?
Entonces sabemos cómo encender el transistor; ahora veamos cómo apagarlo. Es simple: retire el VBE.
1. Cortocircuito entre B y E
Cuando presionamos continuamente el S1, L1 se ilumina. Pero cuando conectamos los cables de cocodrilo entre B y E, Q1 se apagará, al igual que L1. Al medir el voltaje en el pin C, la lectura es de 12 V porque el transistor actúa como un interruptor abierto.
2. Detenga el transistor con voltaje negativo.
Primero, presione S1. Veremos que se enciende el L1, y luego conectaremos la batería de 1.5V a la Base y Emisor del Q1. provocando que el L1 se apague inmediatamente porque el transistor dejó de funcionar. Con este método, podemos hacer fácilmente un circuito de luz intermitente LED con el uso de carga y descarga de condensadores para controlar cuándo funciona el transistor.
Conocer las especificaciones necesarias del transistor.
Veamos los diferentes valores importantes de los transistores.
Transistor de silicio epitaxial NPN
Características electricas
VCE: voltaje colector-emisor
VBE: voltaje base-emisor
IC: corriente del colector
IB: Corriente base (máx.)
hFE: Ganancia de corriente CC
PC: disipación de potencia del colector
| Nombre | VCE(máx.) | VBE(máx.) | IC(máx.) | BI(máx.) | hFE(mín) | ordenador personal |
|---|---|---|---|---|---|---|
| S9013 | 20V | 5V | 500mA | 50mA | 60 | 650mW |
| BD139 | 80V | 5V | 1.5A | 0.5A | 25 | 12W |
| CONSEJO41 | 60V | 5V | 6A | 2A | 20 | 65W |
En este experimento utilizamos tres transistores NPN que tienen diferentes valores y formas. Son: S9013, BD139 y TIP41.
Cada transistor tiene una ubicación de pines diferente. Así que tenga mucho cuidado al usarlos, porque si se conectan de manera incorrecta De esta manera, es posible que el circuito no funcione y se dañe.
Encontrar el valor R1 fácilmente
¿Te has preguntado por qué el valor del R1 es 2,7K? Hay una manera fácil de encontrar su valor, así que analicémoslo, ¿de acuerdo?
Empiece por comprender primero todas las variables relacionadas.
Según principios generales, la resistencia es igual a las caídas de voltaje a través de ella, divididas por la corriente que fluye a través de ella.
R1 = VR1/IR1
Del diagrama a continuación
VR1 = VCC – VBE
VCC = 12,49 V (voltaje de la batería) y VBE = 0,7 V
Porque los transistores normalmente funcionan en estado de saturación cuando el VBE es de aproximadamente 0,6 V a 0,8 V.
Por lo tanto, configuramos VBE para que sea igual a 0,7 V.
en lugar de valor
VR1 = 12V – 0,7V
VR1 = 11,3V
Como IR1 tiene la misma corriente que IB, consideraremos IB en su lugar. El transistor amplifica la corriente IB en un IC. La proporción de esta amplificación es hFE. Se puede concluir en una fórmula simple de la siguiente manera:
BI = CI/hFE
IC es la corriente que fluye a través de la carga, o la bombilla en este caso. Usamos una bombilla de 12V 2W.
De la fórmula estándar I = P/V
Dado que P = 2W y V = 12V
Sustituto
Yo = 2W/12V
Yo = 0,17A
Por lo tanto, el IC es de aproximadamente 0,17 A, lo que coincide con los resultados experimentales anteriores.
En cuanto a hFE, normalmente podemos verlo en la hoja de datos. Tiene el valor más bajo, que es 60.
Encuentra el valor de hFE con un medidor.
También podemos medir el hFE del transistor. Insertando sus patas en los enchufes del medidor en el tipo de patas, por ejemplo, S9013 o C9013 es del tipo NPN.
Medimos 92, como se muestra en la imagen de abajo.
Pero cuando lo usamos en un cálculo, es posible que deseemos usar el valor inferior de 60. porque el valor de hFE puede cambiar según la corriente eléctrica.
Luego intentamos sustituir esos valores en la fórmula.
BI = 0,17A/60
BI = 0,0028A
Sustituya en la fórmula anterior.
R1 = VR1 / IB
R1 = 11,3V/0,0028A
R1 = 4.035Ωo la resistencia de 3.9K que usamos
Pero el valor de IC es inferior a 0,17 A, que es aproximadamente 0,15 A. Suponemos que debido a que el valor de hFE es bajo, la solución es intentar aumentar el valor de IB y reducir el valor de hFE a la mitad, que es 45.
Obtendremos
BI = 0,17A/60
BI = 0,0038A
R1 = 11,3V/0,0038A
R1 = 2.973Ωo la resistencia de 2.7K que usamos
Y los resultados son como los anteriores.
O puede resumirse en una fórmula breve:
R1 = (VCC-VBE) / (IC/hFE)
Intente aumentar el tamaño de la carga.
Nos preguntamos qué pasará si aumentamos el tamaño de la carga. cambiándolo a 12V 10W o alrededor de 0,7A de corriente.
Pero con el circuito original anterior, la bombilla se apaga por completo y solo pasa 0,24 A de corriente a través de la carga de la bombilla. El transistor también se calienta mucho, pero su casco no se puede montar en el disipador de calor.
Así que cambiamos a un transistor más grande, BD139, y según la tabla anterior, puede aceptar un IC máximo de 1,5 A.
Los resultados muestran que la bombilla se enciende, la corriente se mide a 0,53 A y el voltaje en el pin C se mide a 5,36 V, lo que muestra que el transistor está funcionando. Pero el nivel actual sigue siendo inferior a 0,7 A, así que cambie R1 a 1K para tener más IB.
Los resultados salieron como se esperaba. Medimos una corriente de aproximadamente 0,7 A y el VCE cayó a sólo unos 280 mV, o 0,28 V. Pero al tocar el BD139, se calienta mucho, probablemente porque no puede manejar más de 1,5 A, pero en este momento está manejando aproximadamente el 50% de su máximo. Por tanto, genera mucho calor. Deberíamos montarlo con el disipador de calor o cambiarlo por un transistor que pueda soportar una corriente mayor.
Entonces intentamos cambiar el transistor a TIP41. Según la hoja de datos, puede soportar una corriente máxima de 6A.
Montamos un nuevo circuito como se muestra, cambiamos R1 a 330 Ω y los resultados fueron tan buenos como se esperaba.
TIP41 está un poco caliente al tacto. Debido a que puede soportar una corriente máxima de 6 A o 65 W, utilizamos una bombilla de 10 W con una corriente de aproximadamente 0,7 A, equivalente a sólo del 10 % al 20 %. por lo que no es necesario colocar un disipador de calor.
Usando transistores PNP
Normalmente, utilizamos transistores NPN aproximadamente el 90% del tiempo, pero a veces los transistores PNP son más adecuados. Por ejemplo, en: Circuito de luz con sensor de movimiento automático simple
Porque podemos liberar electricidad fácilmente en la salida.
Conclusión
En este experimento con el circuito de transistores como interruptor, puede responder preguntas. Con resultados reales, es más fácil de entender porque realmente se trata de aprender a través de la experiencia.
- Elija siempre un transistor con una corriente nominal superior al 50% de la carga. Por ejemplo, si la carga usa una corriente de 1A o 15W, debes usar un transistor con un valor IC de aproximadamente 15A o 115W.
- Si el transistor o el IC están demasiado calientes para tocarlos, debe instalar un disipador de calor y hacer que sople un ventilador para enfriarlo. Esto lo hace más eficiente.
- Conecte el transistor al terminal correcto y siempre ponga RB (R1).
Perdimos varios transistores con este experimento. Pero vale la pena el valor de esta experiencia.
En otras ocasiones experimentaremos con circuitos de transistores como amplificadores de señal. Así que estad atentos.
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