Explicación básica del transistor BJT usado como interruptor.

1. TRANSISTOR BJT

2. El transistor es un dispositivo semiconductor de tres
terminales; sus aplicaciones pueden variar en el uso
de interruptores, amplificadores, circuitos digitales y
de memoria.
Una de las características más notorias del BJT es
su factor de ganancia β o HFE.
TRANSISTOR BJT

3. TRANSISTOR BJT
Los transistores BJT pueden clasificarse en dos tipos: NPN y PNP.
NPN PNP

4. TRANSISTOR BJT
Identificación de variables:
• B: Base.
• C: Colector.
• E: Emisor.
• IB: Corriente base.
• IC: Corriente colector.
• IE: Corriente emisor.
• VBE: Voltaje Base – Emisor.
• VCE: Voltaje Colector – Emisor.
NPN

5. CURVA CARACTERÍSTICA DEL BJT
El transistor posee tres
regiones de operación:
1. Región de Corte.
2. Región de Saturación.
3. Región activa.
Por el momento omitir de la gráfica el punto Q y la Recta de
Carga.

6. CURVA CARACTERÍSTICA DEL BJT
1. Región de Corte.
El transistor posee un
funcionamiento como un
interruptor abierto.
𝑉𝐵𝐸 ≤ 0.7 𝑉 𝐼 𝐶 = 0 𝐴
𝑉𝐶𝐸 = 𝑀á𝑥

7. CURVA CARACTERÍSTICA DEL BJT
2. Región de Saturación.
El transistor posee un
funcionamiento como un
interruptor cerrado.
𝑉𝐵𝐸 > 0.7 𝑉 𝐼 𝐶 = 𝑀á𝑥
𝑉𝐶𝐸 ≈ 0 𝐴

8. CURVA CARACTERÍSTICA DEL BJT
3. Región activa.
El transistor es usado como
amplificador, por comportarse
como una fuente de corriente
controlada.

9. CARACTERÍSTICAS DEL BJT
𝛽 =
𝐼 𝐶
𝐼 𝐵
β = 100, en el caso de que no se diga lo contrario.
𝐼 𝐶 = 𝛽𝐼 𝐵𝐼 𝐸 = 𝐼 𝐶 + 𝐼 𝐵
𝐼 𝐸 = 𝛽 + 1 𝐼 𝐵𝑉𝐵𝐸 = 0.7 𝑉

10. EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR
Un interruptor posee dos estados: activo o inactivo; dentro del transistor
hablaríamos de dos regiones: Saturación y Corte, la Región Activa no se usa en
esta aplicación.

11. EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR
Diseño básico del transistor usado como interruptor.
El circuito muestra un transistor, con un
interruptor que varía su entrada entre V1 y
Tierra conectada a la resistencia de base RB.
Tiene una fuente V2, conectada a la
resistencia de colector RC, para manejar la
carga. RC en este caso sería la carga.
V1
RB
RC
Q1
GND1
V2
Interruptor

12. EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR
Ejemplo 01 - Calcular la región de polarización, para el siguiente transistor, cuando
el interruptor se encuentre a tierra y a V1.
Para el análisis siempre usaremos estas
ecuaciones:
V1
5 V
RB
10k
RC
150
Q1
GND1
V2
10 V
Interruptor
𝛽 =
𝐼 𝐶
𝐼 𝐵
β = 100, en el caso de que no se diga lo contrario.
𝐼 𝐶 = 𝛽𝐼 𝐵𝐼 𝐸 = 𝐼 𝐶 + 𝐼 𝐵
𝐼 𝐸 = 𝛽 + 1 𝐼 𝐵𝑉𝐵𝐸 = 0.7 𝑉

13. Determinar IB Para interruptor a tierra.
En la figura se observa que el interruptor está en
tierra, y redibujamos el circuito.
Se hace un LVK como indica la flecha, en IB :
𝐼 𝐵 𝑅 𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 = 0
Recordar que VBE se tomará
como 0.7 V constante, como si
fuera un Diodo.𝐼 𝐵 = −
𝑉𝐵𝐸
𝑅 𝐵
= −
0.7𝑉
10𝑘Ω
= −𝟕𝟎𝝁𝑨
Región de corte, la corriente IB no puede ser negativa,
porque daría un VBE negativo.
RB
10k
RC
150
Q1
GND1
V2
10 V
IB

14. Datos en región de corte.
RB
10k
RC
150
Q1
GND1
V2
10 V
IB
Por estar en la región de corte, tenemos los siguientes
resultados:
• IB = 0 A
• IC = 0 A
• VBE = 0 V
• VCE = 10 V, porque es el voltaje máximo que puede
existir entre esos pines.
Recordar que el transistor se trabaja como un circuito
abierto entre Colector y Emisor. (Ver diapositiva de
región de corte)

15. Determinar IB Para interruptor a 5V
El siguiente estado, el transistor se alimenta con 5V,
se ha redibujado para facilitar su análisis.
Se hace un lazo cerrado, como indica la flecha, en
IB:
−𝑉1 + 𝐼 𝐵 𝑅 𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 = 0
𝐼 𝐵 =
𝑉1 − 𝑉𝐵𝐸
𝑅 𝐵
=
5.0 𝑉 − 0.7𝑉
10𝑘Ω
= 𝟒𝟑𝟎𝝁𝑨
𝐼 𝐵 = 𝟒𝟑𝟎𝝁𝑨
RB
10k
RC
150
Q1
GND1
V2
10 V
IB
V1
5 V

16. Determinar IC Para interruptor a 5V
𝐼 𝐶 = 𝛽𝐼 𝐵 ∴ 𝐼 𝐶 = 100 430𝜇𝐴
𝐼 𝐵 = 𝟒𝟑𝟎𝝁𝑨
RB
10k
RC
150
Q1
GND1
V2
10 V
IB
V1
5 V
𝐼 𝐶 = 𝟒𝟑𝒎𝑨
IC
Por ley de Ohm, tenemos:
𝑉𝑅𝐶 = 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 = 43𝑚𝐴 150Ω
𝑉𝑅𝐶 = 𝟔. 𝟒𝟓 𝑽

17. Determinar VCE Para interruptor a 5V
−𝑉2 + 𝑉𝑅𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 = 0
𝑉𝐶𝐸 = 𝟑. 𝟓𝟓 𝑽
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉2 − 𝑉𝑅𝐶 = 10𝑉 − 6.45𝑉
Calculando VCE: Hacer un LVK con IC, como
muestra la figura.
RB
10k
RC
150
Q1
GND1
V2
10 V
IB
V1
5 V
IC
𝑉𝑅𝐶 = 𝟔. 𝟒𝟓 𝑽
Para estar en la región de corte, el VCE debe de ser máximo; para
estar en región de saturación, el VCE debe de ser cero.
En este caso el VCE ¿Cumple alguna de estas dos características?
NO; por lo tanto, esta en región activa.

18. EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR
Ejemplo 02 - Calcular la región de polarización, para el circuito del ejemplo 01,
cambiando RC a 250Ω.
V1
5 V
RB
10k
RC
250
Q1
GND1
V2
10 V
Interruptor
Al observar el circuito, el único
cambio es en RC; por lo tanto, al
analizar el interruptor a tierra, el
transistor nos dará que se encuentra
en su región de corte.

19. EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR
Ejemplo 02 - Calcular la región de polarización, para el circuito del ejemplo 01,
cambiando RC a 250Ω.
V1
5 V
RB
10k
RC
250
Q1
GND1
V2
10 V
Interruptor
Al momento de cambiar el interruptor
a 5V, nos daremos cuenta que IB se
mantiene sin cambio.
Manteniendo la relación IC = βIB,
diremos que IC no posee cambio.
𝐼 𝐵 = 𝟒𝟑𝟎𝝁𝑨 𝐼 𝐶 = 𝟒𝟑𝒎𝑨

20. Determinar VCE Para interruptor a 5V
−𝑉2 + 𝑉𝑅𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 = 0
𝑉𝐶𝐸 = −𝟎. 𝟕𝟓 𝑽
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉2 − 𝑉𝑅𝐶 = 10𝑉 − 10.75𝑉
¿Es este voltaje posible, si la alimentación es de 10V?
RB
10k
RC
250
Q1
GND1
V2
10 V
IB
V1
5 V
IC
Por ley de Ohm, tenemos:
𝑉𝑅𝐶 = 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 = 43𝑚𝐴 250Ω
𝑉𝑅𝐶 = 10.75 𝑉
Si calculaos VCE con un LVK con IC, como muestra
la figura.

21. Determinar VCE Para interruptor a 5V
𝑉𝐶𝐸 = −𝟎. 𝟕𝟓 𝑽
RB
10k
RC
250
Q1
GND1
V2
10 V
IB
V1
5 V
IC
No se puede tener un VRC mayor a la fuente de
alimentación, y tampoco un VCE menor a 0V.
Esta ambigüedad, nos señala que el transistor se
encuentra en su Región de Saturación.
Para analizar los valores de saturación, se calcula
IC cuando el VCE = 0 V.
𝑉𝑅𝐶 = 10.75 𝑉

22. Calcular IC en saturación.
RB
10k
RC
250
Q1
GND1
V2
10 V
IB
V1
5 V
IC
Hacemos un LVK en IC, tomando en cuenta que
VCE = 0 V.
−𝑉2 + 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 + 𝑉𝐶𝐸 = 0
𝐼 𝐶 =
𝑉2 − 𝑉𝐶𝐸
𝑅 𝐶
=
10𝑉 − 0𝑉
250Ω
𝑰 𝑪−𝑺𝑨𝑻 = 𝟒𝟎𝒎𝑨

23. EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR
Ejemplo de diseño 02 - Calcular el valor de RC de protección para el LED (VD = 2.5
V y ID = 20mA). Para un transistor usado como interruptor.
Al observar el circuito, se puede notar que es
el mismo diseño anterior, solo que se le ha
agregado un Diodo y el valor de RC se
desconoce.
Al analizar el interruptor a tierra, el transistor
nos dará que se encuentra en su región de
corte y la IB se mantendrá con el mismo valor.
V1
5 V
RB
10k
RC
Q1
GND1
V2
10 V
Interruptor
D1
𝐼 𝐵 = 𝟒𝟑𝟎𝝁𝑨

24. EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR
Ejemplo de diseño 02 - Calcular el valor de RC de protección para el LED (VD = 2.5
V y ID = 20mA). Para un transistor usado como interruptor.
Al decir que es un diseño, asumiremos
directamente que el transistor se encuentra en
saturación; es decir que el VCE = 0 V
V1
5 V
RB
10k
RC
Q1
GND1
V2
10 V
Interruptor
D1

25. Determinar RC Para Saturación
−𝑉2 + 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 + 𝑉𝐷 + 𝑉𝐶𝐸 = 0
𝑹 𝑪 = 𝟑𝟕𝟓𝜴
𝑅 𝐶 =
𝑉2 − 𝑉𝐷 − 𝑉𝐶𝐸
𝐼 𝐶
Si calculaos VCE con un LVK con IC, como muestra
la figura.
RB
10k
RC
Q1
GND1
V2
10 V
IB
V1
5 V
IC
D1
El problema nos da la corriente de diodo ID = 20mA,
que va en serie con RC, por lo tanto ID = IC.
𝑅 𝐶 =
10𝑉 − 2.5𝑉 − 0𝑉
20𝑚𝐴