Transistor BJT como conmutador

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A continuación se muestra el transistor bjt en su aplicación como conmutador (interruptor), el circuito es el siguiente:

En un transistor BJT configurado como conmutador se hace que el voltaje colector emisor VCE salte entre dos zonas: zona de saturación (voltaje de polarización) y zona de corte (cero voltios). Para lograr esto se debe hallar una resistencia de base que nos garantice dicha conmutación. Las ecuaciones de diseño para hallar esta resistencia son las siguientes:

Donde IC es corriente de colector, IB es corriente de base, Vcc es el voltaje de polarización, β es la ganancia en corriente del transistor también llamada hfe, VBE es el voltaje base-emisor que tiene un valor típico de 0.7 voltios, VIN es el voltaje de entrada al transistor, RL es la resistencia de carga y RB es la resistencia de base.

Tenga en cuenta

- Se puede observar que el circuito de un BJT configurado como conmutador es el mismo circuito de la polarización fija de un BJT. La diferencia radica en las zonas de trabajo, en la polarización fija el voltaje colector emisor VCE se ubica en la zona activa de la recta de carga mientras en el BJT como conmutador el voltaje colector emisor VCE se ubica en las zonas de corte y saturación de la recta de carga.
- El objetivo principal de un BJT como conmutador es tomar una señal PWM de baja potencia y transformarla en una señal PWM de mayor potencia (conservando el ciclo útil ) ya sea por el aumento de voltaje y/o de corriente con el fin de proteger a los circuitos de control (típicamente microcontroladores o amplificadores operacionales).

- El BJT operando como conmutador se usa en drivers de circuitos de potencia, en convertidores dc dc, en inversores, en amplificadores de audio clase d, en circuitos de control, etc. no solamente por su capacidad de poder aumentar la potencia de la señal de entrada sino también por los bajos tiempos de conmutación (ton y toff) que puede manejar que están por el orden de nanosegundos.

- Desde un punto de vista conceptual un BJT configurado como interruptor hace que el voltaje de la carga conmute entre dos valores que son el voltaje de polarización (zona de corte) y cero voltios (zona de saturación) o visto de otra forma que el voltaje colector emisor (VCE) conmute entre cero voltios (zona de corte) y el voltaje de polarización (zona de saturación). Para lograr esto se asume una corriente de base IB cinco veces mayor a la que se usa en la polarización fija, esto como tal no afecta el comportamiento del circuito y nos garantiza una conmutación correcta.

- Se realizarán dos ejemplos para entender mejor.

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Descarga la simulación en proteus 7.9 de BJT como conmutador aquí.

Descarga la simulación en proteus 8.3 de BJT como conmutador aquí.

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Ejemplo 1. En el siguiente circuito cada vez que se oprima el pulsador se debe prender el led.

El voltaje del LED es 1.8 voltios y la corriente que circula por el LED es de 2mA. Halle los valores de RLED y de RB.

Solución. Primero hallamos el valor de la resistencia que debe ir en serie con el LED:

Ahora el valor de la corriente del led es la misma corriente de colector IC, entonces hallamos el valor de IB:

Ya con IB hallamos el valor de RB:

Entonces el valor de RB debe ser de 86kΩ para que haya una correcta conmutación.

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Ejemplo 2. El siguiente circuito es un temporizador cíclico.

Halle el valor de RB.
Solución. La corriente que pasa por la bobina del relé es la misma corriente IC, hallamos el valor de IB:

Podemos ahora hallamos el valor de RB:

Entonces el valor de RB debe ser de 1.5kΩ para que haya una correcta conmutación.

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