5.8: Transistor como interruptor

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PARTES Y MATERIALES

Dos baterías de 6 voltios
Un transistor NPN: se recomiendan los modelos 2N2222 o 2N3403 (Radio Shack catálogo # 276-1617 es un paquete de quince transistores NPN ideal para este y otros experimentos)
Una resistencia de 100 kΩ
Una resistencia de 560 Ω
Un diodo emisor de luz (Radio Shack catálogo # 276-026 o equivalente)

Los valores de resistencia no son críticos para este experimento. Tampoco se selecciona el diodo emisor de luz (LED) particular.

Referencias cruzadas

Lecciones En Circuitos Eléctricos, Volumen 3, Capítulo 4: “Transistores de Unión Bipolar”

Objetivos de aprendizaje

Amplificación de corriente de un transistor de unión bipolar

Diagrama esquemático

Ilustracion

Instrucciones

El cable rojo que se muestra en el diagrama (el que termina en una punta de flecha, conectado a un extremo de la resistencia de 100 kΩ) está destinado a permanecer suelto, para que puedas tocarlo momentáneamente a otros puntos del circuito.resistor) está destinado a permanecer suelto, para que puedas tocarlo momentáneamente a otros puntos en el circuito.

Si toca el extremo del cable suelto a cualquier punto del circuito más positivo que éste, como el lado positivo de la fuente de alimentación de CC, el LED debería encenderse. Se necesitan 20 mA para iluminar completamente un LED estándar, por lo que este comportamiento debería parecerle interesante porque la resistencia de 100 kΩ a la que está conectado el cable suelto restringe la corriente a través de él a un valor mucho menor que 20 mA. A lo sumo, un voltaje total de 12 voltios a través de una resistencia de 100 kΩ produce una corriente de solo 0.12 mA, ¡o 120 µA! La conexión que se realiza al tocar el cable a un punto positivo en el circuito conduce mucha menos corriente que 1 mA, sin embargo, a través de la acción amplificadora del transistor, es capaz de controlar una corriente mucho mayor a través del LED.

Intente usar un amperímetro para conectar el cable suelto al lado positivo de la fuente de alimentación, así:

Es posible que tenga que seleccionar el rango de corriente más sensible en el medidor para medir este pequeño flujo. Después de medir esta corriente controladora, intente medir la corriente del LED (la corriente controlada) y compare magnitudes. ¡No se sorprenda si encuentra una relación superior a 200 (la corriente controlada 200 veces más grande que la corriente de control)!

Como puede ver, el transistor está actuando como una especie de interruptor controlado eléctricamente, encendiendo y apagando la corriente al LED al comando de una señal de corriente mucho menor conducida a través de su terminal base.

Para ilustrar aún más cuán minúscula es la corriente de control, retire el cable suelto del circuito e intente “unir” el extremo desconectado de la resistencia de 100 kΩ al polo positivo de la fuente de alimentación con dos dedos de una mano. Es posible que deba mojar los extremos de esos dedos para maximizar la conductividad:

Intenta variar la presión de contacto de tus dedos con estos dos puntos en el circuito para variar la cantidad de resistencia en la trayectoria de la corriente controladora. ¿Se puede variar el brillo del LED al hacerlo? Qué indica esto sobre la capacidad del transistor para actuar como algo más que un interruptor; es decir, como una variable

SIMULACIÓN COMPU

Esquema con números de nodo SPICE:

Netlist (hacer un archivo de texto que contenga el siguiente texto, textualmente):

En esta simulación, la caída de voltaje a través de la resistencia de 560 Ω v (1,3) resulta ser de 10.26 voltios, lo que indica una corriente LED de 18.32 mA según la Ley de Ohm (I=E/R). La caída de voltaje de R ₁ (voltaje entre los nodos 1 y 2) termina siendo de 11.15 voltios, que a través de 100 kΩ da una corriente de solo 111.5 µA. Obviamente, una corriente muy pequeña está ejerciendo control sobre una corriente mucho mayor en este circuito.

En caso de que se lo preguntara, el parámetro is=1e-28 en la línea .model del diodo está ahí para hacer que el diodo actúe más como un LED con una caída de voltaje directa más alta.