BJT como llave

01 · Punto de partida

De “anda” a “satura garantizado”

Cualquier Rb chica “enciende” un LED con transistor, pero ¿satura con pila baja, con calor y con el peor β del lote? La llave profesional se sobredimensiona en base (beta forzada 10–20 en vez de 100) para que cierre a fondo en todos los casos. Tres cuentas y un E12 hacia abajo.

Este tema dimensiona llaves para LED, relés y motores chicos, con medición que confirma.

• ¿Cómo calculo Rb para saturar seguro?
• ¿Hacia dónde redondeo en E12?
• ¿Cuánto disipa el transistor cerrado?
• ¿Cómo confirmo con multímetro?

02 · Diseño

Tres cuentas y un redondeo

1. 1
   Ic necesaria.

   La de la carga: LED 15 mA, relé 71 mA, tira 100 mA (verificar contra Ic max de hoja).

2. 2
   Ib con β forzada 10–20.

   Ib = Ic/20 (cargas chicas) o /10 (seguridad extra). Para 15 mA: 0,75 mA.

3. 3
   Rb hacia abajo.

   Rb = (Vb − 0,7)/Ib → E12 menor o igual (más base, más seguro). 5,7k → 5,6k (o 4,7k con margen).

Las tres frías (mW contra 500–625 mW del TO-92): la llave bien diseñada no calienta.

03 · Cargas reales

LED, relé y motorcito con sus cuidados

LED / tira (resistiva)

R serie propia dimensionada (Temas 6/17, curso 3). El transistor solo cierra a GND (low-side). Medir Vce y brillo.

Relé (inductiva)

Diodo en antiparalelo obligatorio (Tema 14) + Rb calculada. Sin diodo, el pico mata al transistor al soltar.

Motor DC chico

Como relé (inductivo + diodo) más consumo: verificar Ic max y P con margen; picos de arranque ×3–5 (Tema 31, curso 3).

Micro que manda (preview)

Pin ≤ 20 mA: Ib de 3,6 mA (relé) OK directo; Ib de 15 mA (motor 300 mA) al límite: mejor MOSFET o Darlington (Temas 22–24).

04 · Medición

Vce dice la verdad

1. 1
   Vce con carga.

   0,1–0,3 V = saturada (llave cerrada). Más de 1 V = en activa o base floja: bajar Rb.

2. 2
   Vb en base.

   ≈ 0,7 V respecto del emisor confirma mando presente. 0 V = no llega orden; 5 V directos sin Rb = peligro.

3. 3
   Ic inferida.

   V_Rc/Rc o medición de rama: debe dar la diseñada (±10 %). Menos = no satura o carga distinta.

05 · Diseñador de llaves

Rb, potencias y veredicto

Entra carga y mando: sale Rb E12 hacia abajo con veredicto térmico:

E12 = [10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82]

def e12_abajo(r):
    cands = [b * d for d in (1, 10, 100, 1000, 10000) for b in E12 if b * d <= r]
    return max(cands)


def llave(ic_ma, vb=5.0, beta_f=20, vce=0.2, pmax_mW=500):
    ib = ic_ma / beta_f
    rb = e12_abajo((vb - 0.7) / (ib / 1000))
    i_real = (vb - 0.7) / rb * 1000
    p = vce * ic_ma
    print(f"Ic={ic_ma}mA Ib dis={ib:.2f}mA -> Rb={rb:.0f} (Ib real {i_real:.2f}mA)")
    print(f"P_Q={p:.0f}mW ({p/pmax_mW*100:.0f}% de {pmax_mW}mW) ->",
          "FRÍA" if p < pmax_mW / 2 else "revisar disipación")
    return rb


llave(15)
llave(71)
llave(100)

Probá llave(300): ¿Rb? ¿P? ¿La puede mandar un pin de 20 mA?

Barrer beta forzada

Qué cambia diseñar con β 10 frente a 20 (relé 71 mA):

def comparar_beta(ic_ma, vb=5.0):
    for bf in [10, 20, 50]:
        ib = ic_ma / bf
        print(f"beta {bf}: Ib={ib:.2f}mA -> Rb~{(vb-0.7)/(ib/1000):.0f} (E12 hacia abajo)")


comparar_beta(71)

06 · Analogía programador

Interruptor con sobredimensión

1. 1
   Beta forzada = overprovision.

   Dar 5–10× la base mínima es como provisionar de más: garantiza el cierre en el peor caso.

2. 2
   E12 hacia abajo = floor.

   Redondear a favor de la seguridad (más Ib), nunca a favor del ahorro.

3. 3
   Vce = health check.

   0,2 V dice “cerrado”; 2 V dice “a medias”. Monitoreo de una lectura.

07 · Exploración

Laboratorio: diseñar la llave

Elegí la carga: el laboratorio calcula Rb E12, Ib real, potencia y dictamina, con aviso si el pin no alcanza.

Preguntas para explorar

1. ¿Qué Rb da el motor 300 mA? ¿Lo manda un pin directo?
2. ¿Por qué redondear hacia abajo y no al más cercano?
3. ¿Qué medirías primero si Vce da 2 V?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de llaves

Ejercicio 1: tres diseños

Con llave(): 15, 71 y 100 mA a 5 V. Anotá Rb, Ib real y P_Q de cada una. ¿Todas frías en TO-92 500 mW?

Ejercicio 2: medir saturación

Montá LED + 2N2222 + Rb 4,7k a 9 V/5 V mando. Medí Vce con carga. ¿0,2 V? ¿Qué pasa si subís Rb a 47k?

Ejercicio 3: límite del pin

Motor 300 mA con mando de pin 20 mA máx. ¿Ib necesaria? ¿Directo o driver? Justificá con números y alternativa.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Llaves que cierran garantizado. Ahora, el otro modo: en el próximo tema, BJT como amplificador (idea).