Ya hemos aprendido algo sobre los transistores a través de nuestros experimentos con transistores como interruptores. Así que hoy vamos a adaptar lo aprendido para cuando los utilicemos con cargas mayores o cuando consuman mucha electricidad. Y es posible que también hayamos aprendido a conectar varios transistores en paralelo para soportar corrientes más altas.
Sin transistores para cargas más grandes
En los casos en los que queramos utilizar una carga mayor que el transistor, por ejemplo una carga de 100W con un transistor de 60W, no funcionará como hemos probado antes.
Para ello deberíamos utilizar transistores de más de 100W, pero no tenemos ninguno. ¿Cómo podemos solucionar este problema?
Me recordó una cita: “Empieza donde estás, haz lo que puedas, usa lo que tienes”, que olvidé de dónde venía.
Empezaremos por lo que tenemos: muchos transistores con un tamaño aproximado de 60W, como por ejemplo TIP41, MJE3055, 2SC1061, 2SD313, etc.
Experimenta con un circuito simple.
Para empezar utilizamos una carga que es una bombilla de 12V 50W. Normalmente, consume alrededor de 4,16 A, pero la corriente mide alrededor de 3,3 A. Esto puede deberse a una inexactitud en la medición.
Montamos un circuito simple con un transistor TIP41, como se muestra en la siguiente imagen.
Encuentra el valor de R1
Para una mejor comprensión, le recomendamos que lea primero el método para calcular R1 en el artículo original.
Como usamos un transistor TIP41 y una fuente de alimentación de 12V, cada variable será la siguiente: hFE=20, IC= 3.3A, VBE=0.9V, Vcc=12V
Por lo tanto, se puede calcular el valor R1.
Nota: Configuramos VBE a un valor más alto que aumenta la eficiencia operativa máxima del transistor.
R1 = VR1 / IR1 ….(1)
VR1 = Vcc – Vbe
VR1 = 12V – 0,9V
VR1 = 11,1V
IR1 es la corriente que fluye por S1, que es el IB de Q1, por lo que podemos pensar en él como IB.
IB = IC/hFE
BI = 3,3A/20
BI = 0,165
Por lo tanto, sustituya los valores en la fórmula (1)
R1 = 11,3V/0,165A
R1 = 68,48 Ω
Pero no está en la lista de resistencias estándar, por lo que usamos la más cercana, que es de 68 Ω.
Los resultados del experimento fueron bastante buenos. L1 encendido normalmente. Medimos el VCE del Q1-TIP41 en aproximadamente 0,55 V.
Y la corriente IC de Q1 o L1 será de aproximadamente 3,3 A.
Pero hay dos grandes desventajas:
Primero, el IB, o corriente que fluye a través de S1, es bastante alto. Normalmente, S1 sólo puede soportar una corriente de aproximadamente 0,1 A.
La otra es que aunque el TIP41 puede soportar una corriente máxima de 6A, el experimento con una corriente de 3,3A muestra que alcanza una temperatura muy alta. Para un uso prolongado, definitivamente habrá efectos negativos. Por lo tanto, se deben instalar disipadores de calor adicionales.
Resolución de problemas
Primero resolveremos el primer problema. Al agregar otro pequeño transistor y la resistencia, podemos reducir la corriente y estabilizar el circuito. Como se muestra en el circuito a continuación (reorganizamos un poco los componentes).
El siguiente diagrama muestra el flujo de corriente y voltaje en varios puntos del circuito.
Primero, ponemos a Q1 a funcionar como un interruptor para reemplazar a S1 en el primer circuito. Elegimos el transistor S9013 porque puede soportar el IC hasta 0,5 A, por lo que puede soportar el IB de Q2 (IBQ2), que es sólo de aproximadamente 0,156 A.
Y puedes ver que IBQ2 es el IC de Q1, por lo que puede entenderse fácilmente como ICQ1 = IBQ2.
Encontrar los valores de R1 y R2
El siguiente problema es que queremos saber los valores de R1 y R2. En el pasado, hemos usado solo un RB (resistencia para reducir la corriente usando el pin B), que es R1.
Pero según mi experiencia, usar transistores adicionales de esta manera les da una ganancia combinada muy alta. Por lo tanto, la interferencia puede provocar que se comporte mal.
Reducimos este problema agregando R2. Ambas resistencias funcionan en un circuito divisor de voltaje. Ayudan a estabilizar el voltaje en R2 (VR2) o VBE de Q1 y Q2.
Poco a poco iremos resolviendo problemas en base a lo que sabemos y lo que tenemos.
De lo cual la relación del circuito se puede resumir de la siguiente manera:
Hay 2 fórmulas principales:
R1 = VR1 ÷ IR1 …..(1)
R2 = VR2 ÷ IR2 …..(2)
Y lo que vemos en el circuito:
VR1 = VCC – VR2
VR2 = VBEQ1+VBEQ2
IR1 = IR2 + IBQ1
Lo que sabemos:
VCC = 12V ya que es voltaje de batería.
VBEQ1 = 0,7 V y VBEQ2 = 0,7 V Dado que dos controladores de transistores funcionan en estado de saturación cuando VBE es de aproximadamente 0,6 V a 0,8 V. Elegimos un voltaje de 0,7V.
Entonces podemos encontrar VR2 por.
VR2 = 0,7V + 0,7V
VR2 = 1,4V
Ahora también podemos encontrar VR1.
VR1 = VCC – (VBEQ1+VBEQ2)
VR1 = 12V – (0,7V + 0,7V)
VR1 = 10,6V
A continuación, encontraremos IR1, pero primero deberíamos encontrar IBQ1.
IBQ1 = ICQ1 ÷ hFEQ1
Donde ICQ1 = IBQ2 = 0.156A, y el hFE de Q1-S9013 es aproximadamente de 60 a 180. Según nuestra experiencia, cuando el valor del IC es bajo, tiene una ganancia mayor, por lo que usamos hFE = 100.
Entonces,
IBQ1 = 0,15A ÷ 100
IBQ1 = 0,0015A
Podemos ver que la entrada del transistor requiere muy poca corriente.
Y sabemos que IBQ1 fluirá a través de IR1, pero parte de IR1 también fluirá a través de R2.
Por tanto, se puede resumir en una fórmula sencilla:
IR1 = IBQ1 + IR2
o
IR2 = IR1 – IBQ1…. (3)
Entonces intentamos configurar IR1 en alrededor de 0.003A (3mA).
Y sustituya el valor en (3).
IR2 = 0,003A – 0,0015A
IR2 = 0,0015 A (1,5 mA)
Sustituimos todos los valores en las fórmulas (1) y (2) por lo anterior.
R1 = VR1 ÷ IR1
R1 = 10,6V ÷ 0,003A
R1 = 3533Ω Pero no está en la lista, por lo que usamos 3,3K en su lugar.
R2 = VR2 ÷ IR2
R2 = 1,4V ÷ 0,0015A
R2 = 933Ω Pero tampoco estaba en la lista, por lo que usamos 820Ω en su lugar.
En este momento, la corriente que fluye a través de S1 es muy baja, solo 3 mA.
Pero el segundo problema es que cuando Q2 trabaja más duro, la corriente que fluye a través de él es de aproximadamente 3,3 A.
Es necesario encontrar una solución de control del calor. Por lo dicho al principio, podemos instalarle un gran disipador de calor.
Pero queremos desarrollarnos nosotros mismos. Aprenda a resolver una variedad más amplia de problemas. Entonces probamos otros métodos.
De lo anterior, no tenemos otros transistores que puedan soportar corrientes más altas.
Pero tenemos muchos transistores de este tipo, como el TIP31, el MJE2955, el 2SC1061 y el 2SD313. Tienen IC = 3A-6A máx, hFE = 20 min y VCE = 30V-60V máx.
Circuito de transistores en paralelo para obtener más corriente.
Supongamos que la carga requiere una corriente de aproximadamente 4 A o más. ¿Qué debemos hacer? Comencemos aprendiendo experimentando con un circuito simple, como se muestra.
Intentamos conectar una resistencia de 10 Ω a una batería de 12 V con una corriente que fluye a través de la resistencia de aproximadamente 1,2 A y calculamos la potencia que utilizó:
P = VxI
P = 12V x 1,2A
P = 14,4W
Si desea aumentar la corriente, normalmente podemos hacerlo de dos maneras.
- Aumentando la corriente, pero en este caso necesitamos usar solo una fuente de alimentación de 12V.
- Reducir la resistencia, pero no tenemos una resistencia de menor valor.
Entonces intentamos agregar otra resistencia de 10 Ω conectada en paralelo con la otra. Redujeron su resistencia a 5 Ω, para que pudieran manejar más corriente, con un total de 2,4 A, y cada uno todavía llevaba los mismos 1,2 A de corriente.
Entonces suponemos que si cuatro resistencias de 10 Ω se conectan en paralelo, como se muestra en la siguiente imagen,
Conoce el súper transistor
Hará que su corriente y potencia totales aumenten a IT = 4,8 A y PT = 57,6 W, respectivamente.
A partir de este experimento, supusimos que si los transistores se ponen en paralelo, también podrán manejar corrientes más altas.
Según el diagrama anterior, juntamos cada pata B, cada pata C y cada E.
Instantáneamente se convierten en súper transistores.
Como es habitual, cada transistor es adecuado para una corriente de aproximadamente 1 A, pero cuando 4 de ellos trabajan juntos, pueden soportar una corriente de 4 A, o aproximadamente 4 veces más.
Entonces intentamos conectar el circuito como se muestra.
Es bastante simple. Simplemente sumamos Q2, Q3, Q4 y Q5.
Intentamos alimentarlo con electricidad. Los resultados mostraron que funcionó bien.
Hay algunos puntos notables:
La corriente fluye a través de la carga a aproximadamente 3,3 A, igual que antes.
- VR2 tiene aproximadamente 1,5 V, que es casi lo mismo.
- El VBE de Q2 a Q5 es de aproximadamente 0,8 voltios.
- ICQ1 o IR3 tiene un valor de aproximadamente 0,16 A porque el VBE de Q2 a Q5 no cambia.
Pregunta: Cuando los transistores se ponen en paralelo, ¿cambia su VBE? Sabemos mediante experimentación que su VBE es aproximadamente igual a 0,6 V a 0,8 V.
Pero el IC enviado por cada transistor se reduce a sólo aproximadamente 0,8 A desde los 3,3 A originales, o aproximadamente el 25%. Lo probamos durante aproximadamente 1 hora y la temperatura se mantuvo baja al tacto y estable.
En mi experiencia, un disipador de calor sólo se instala cuando el transistor está demasiado caliente para tocarlo.
En este caso, se puede reducir el tamaño del disipador de calor y el circuito será más eficiente.
Experimento circuito regulador de subida de 5V 4A
A partir de los resultados de este experimento, podemos usarlo en muchas aplicaciones, como accionar motores grandes, bombas de agua de 12 V CC, solenoides, etc., y usaremos un circuito de ejemplo a continuación para ver una imagen más clara.
Hemos realizado circuitos convertidores de 12V a 5V DC. Este circuito puede incluso suministrar corrientes de hasta aproximadamente 3A.
Pero si necesita una corriente superior a 4A y su corriente no puede ser superior a 3A. Porque los transistores de potencia no pueden amplificar la corriente tan alto.
Pero según los resultados anteriores, los transistores paralelos deberían poder resolver este problema. Entonces probamos el circuito como se muestra.
Los resultados del experimento salieron bastante bien. Pueden conducir corrientes de más de 4A.
Cuando usamos una resistencia de 1Ω como carga, de acuerdo con la Ley de Ohm, debería consumir alrededor de 5A. Pero medimos alrededor de 4,3 A mientras que el voltaje de salida cayó a 4,95 V.
Y, cuando lo probamos durante más tiempo, los resultados mostraron que la corriente y el voltaje se mantuvieron constantes, lo que indica que este circuito funcionó bien.
Conclusión
A partir de este experimento, descubrimos que poner en paralelo varios transistores puede soportar corrientes más altas, hasta más de 100 vatios, pero con condiciones. Todos los transistores deberían tener características similares.
Y vale la pena señalar que el nivel VCE total de los transistores no excederá el nivel VCE más bajo del transistor que tenga el más bajo entre ellos. Por ejemplo, TIP41 tiene un VCE máximo de 60 V, pero BU406 tiene un VCE máximo de 200 V, por lo que el nivel VCE total es de solo 60 V. De lo contrario, podría dañar ese transistor.
Según nuestra experiencia, siempre funcionan con sólo el 30% de la potencia máxima que pueden soportar. Por ejemplo, la corriente total que pueden soportar es de 24 A, o 288 W de potencia máxima (24 A x 12 V). Pero los usamos con una corriente de unos 5A, para que no se calienten. Por lo tanto, podemos reducir el tamaño del disipador de calor o, a veces, no es necesario utilizarlo en absoluto.
Otro punto interesante proviene de los resultados experimentales: a veces los valores actuales no cumplen con los principios o reglas porque las herramientas de medición baratas que utilizamos tienen poca precisión.
Sin embargo, hemos logrado nuestro objetivo, que es que en el futuro crearemos proyectos electrónicos utilizando transistores paralelos para amplificar definitivamente altas corrientes.
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