Hojas de datos: máximos, típicos y curvas

01 · Punto de partida

El dato que faltaba en el tutorial

En el Tema 2, cada vez que una pieza tenía tres patas o más, la respuesta fue la misma: «eso lo dice la hoja». Llegó el momento de abrirla.

Un tutorial te muestra un caso que funciona. La hoja de datos te dice hasta dónde funciona. Es la misma diferencia que hay entre copiar un ejemplo de un blog y leer la documentación de la función: el ejemplo anda, hasta que cambiás un parámetro.

Al terminar este tema vas a poder responder:

• ¿En qué orden se lee una hoja de veinte páginas sin perderse?
• ¿Qué es un máximo absoluto y por qué no se diseña con él?
• ¿Por qué un valor «típico» no está garantizado?
• ¿Qué significa la letra chica que acompaña a cada número?
• ¿Cómo se lee una curva sin saber la teoría que hay detrás?

02 · Concepto

Qué es una hoja de datos y dónde se consigue

La hoja de datos (en inglés datasheet) es el documento donde el fabricante describe qué hace un componente, cuáles son sus límites y cómo se comporta. Es un PDF gratuito que puede tener desde una sola página, para un resistor, hasta cientos, para un microcontrolador.

Conviene pensarla como un contrato: el fabricante promete que la pieza va a cumplir lo que dice la hoja, siempre que vos la uses dentro de las condiciones que la hoja indica. Fuera de esas condiciones, no promete nada.

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   Leé el código de la pieza.

   Es lo que aprendiste en el Tema 2: «BC547B», «1N4148», «IRFZ44N». Copialo completo, con prefijo y sufijo.

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   Buscá el código seguido de «datasheet».

   Preferí el PDF publicado por un fabricante de semiconductores o por un distribuidor grande de componentes. Evitá los sitios que solo muestran un resumen armado por ellos.

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   Verificá que sea la pieza correcta.

   El código del título tiene que coincidir, y el encapsulado dibujado tiene que ser el que tenés en la mano. La misma pieza puede venderse en TO-92 y en montaje superficial, con patas en distinto orden.

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   Guardá el PDF junto al proyecto.

   Es parte de la documentación de tu circuito, igual que la ficha de cada componente.

¿Y si está en inglés?

Casi todas lo están. No hace falta dominar el idioma: las hojas usan siempre las mismas cuarenta palabras y los mismos símbolos. En la sección 09 tenés un glosario con los que aparecen en este curso.

¿Importa el fabricante?

Sí. Un mismo código lo fabrican varias empresas, y los números pueden diferir. Por ejemplo, según el fabricante, el BC547 figura con 500 mW o con 625 mW de potencia máxima. Si no sabés quién fabricó tu pieza, usá el valor más conservador.

¿Y si la pieza no tiene hoja?

Pasa con componentes genéricos sin marca. Se usa la hoja de una pieza equivalente como orientación y se trabaja con un margen mucho mayor. Lo retomamos en el Tema 5.

03 · Método

Las cinco paradas de toda hoja

Todas las hojas de datos, de cualquier fabricante y de cualquier familia, están armadas con las mismas secciones y casi en el mismo orden. Una vez que reconocés la estructura, podés leer la hoja de una pieza que nunca viste.

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   Qué es y cómo son sus patas.

   La primera página: descripción en una línea, lista de características y el dibujo del encapsulado con el pinout. Si esto no coincide con tu pieza, no sigas: es otra hoja.

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   Máximos absolutos.

   Una tabla corta con los límites que nunca se deben superar. Responde la pregunta «¿se va a romper?». Es la parada más importante y la vemos en la sección 04.

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   Características eléctricas.

   La tabla larga: cómo se comporta la pieza en funcionamiento normal, con valores mínimos, típicos y máximos, y las condiciones en que se midieron. Responde «¿cómo va a funcionar?». Sección 05.

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   Curvas.

   Gráficos que muestran cómo cambian esos valores con la corriente, la tensión o la temperatura. Responden «¿y si mis condiciones son otras?». Sección 06.

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   Encapsulado y datos de montaje.

   Las medidas físicas, la separación de las patas y cómo pedir cada variante. Responde «¿entra en mi placa?».

Fijate que el orden coincide con las cuatro estaciones del curso: la parada 1 es identificar, las paradas 2 a 4 son características, y con todo eso hacés la selección.

04 · Parada 2

Máximos absolutos: los límites que no se tocan

La tabla se llama Absolute Maximum Ratings. Lista los valores a partir de los cuales el fabricante ya no garantiza que la pieza sobreviva. No son valores de trabajo: son los bordes del precipicio.

Esta es la tabla del transistor BC547B, el del tutorial de la escena:

Con esta tabla, la escena del motor se resuelve en diez segundos: el motor pide 300 mA y el máximo es 100 mA. No hay nada más que discutir.

Tres cosas que la tabla no dice a simple vista

1. Superar un máximo no siempre se nota

La pieza no necesariamente explota. A veces sigue funcionando, degradada: con más pérdidas, más ruido o una vida mucho más corta. Es el peor tipo de daño, porque produce fallas semanas después.

2. Los máximos no son valores de diseño

Trabajar a 95 mA en una pieza de 100 mA es vivir al borde. Como viste en el Tema 1, se diseña con margen: como regla inicial, no más del 50 % de cada máximo. El Tema 4 afina esa regla.

3. Los máximos no se pueden usar todos a la vez

Es la trampa más importante de toda la hoja, y merece su propio ejemplo.

La trampa de combinar máximos

La tabla dice 45 V y 100 mA. ¿Puede el BC547B trabajar con 45 V y 100 mA al mismo tiempo? Hagamos la cuenta de la potencia que disiparía:

Cada límite vale por separado, y el de potencia los ata a los dos: como P = V × I, cuanta más tensión cae sobre el transistor, menos corriente puede conducir. Ni siquiera hace falta ir al extremo. Con 20 V y 50 mA, que son menos de la mitad de cada máximo, la potencia es de 1 W: el doble de lo permitido.

¿Y entonces cómo puede un transistor tan chico manejar un relé de 70 mA con 12 V? Porque cuando trabaja como llave, la tensión no queda sobre él: cuando conduce, casi toda la tensión cae en el relé y sobre el transistor quedan unas décimas de volt. Poca tensión por mucha corriente da poca potencia. Lo vas a comprobar en el simulador y lo usamos a fondo en el Tema 20.

05 · Parada 3

Mínimo, típico y máximo: la letra chica

La tabla siguiente se llama Electrical Characteristics. Ya no habla de sobrevivir, sino de cómo se comporta la pieza cuando funciona bien. Tiene siempre la misma forma: un parámetro, una condición de medición y hasta tres columnas de valores.

No te preocupes todavía por lo que significa cada parámetro: son temas del bloque de transistores. Lo que importa ahora es aprender a leer las columnas, porque son iguales en la hoja de cualquier componente.

Mín. y Máx.

Son los valores garantizados. El fabricante prueba las piezas y descarta las que caen fuera. Cualquier BC547B que compres va a tener una ganancia de entre 200 y 450, medida en esa condición.

Típ.

Es el valor más frecuente, el centro de la distribución. Es información útil, pero no es una promesa: tu pieza puede estar lejos de ese número y seguir siendo perfectamente válida.

La condición de medición

Es la letra chica, y cambia el significado del número. La ganancia de 200 a 450 vale a 2 mA y 5 V. A 100 mA es bastante menor. Un número sin su condición no significa nada.

Una raya (—)

Significa que ese extremo no se garantiza, generalmente porque no importa: nadie se queja si la tensión de saturación sale más baja de lo esperado.

¿Con cuál de las tres columnas se diseña?

Con la que más te perjudica. Es el mismo análisis de peor caso del Tema 1, ahora con los números que da el fabricante:

Los valores de V_F entre 1,8 y 2,2 V que usaste en el Tema 1 para el LED salían exactamente de acá: son el mínimo y el máximo de su hoja de datos.

06 · Parada 4

Cómo leer una curva sin saber la teoría

Una tabla te da el valor de un parámetro en una condición. Pero tu circuito casi nunca trabaja justo en esa condición. Para eso están las curvas: muestran cómo cambia el parámetro a lo largo de todo un rango.

Leer una curva es un procedimiento mecánico de tres movimientos, y no requiere entender la física que la produce:

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   Entrá por el eje del dato que conocés.

   Sabés que por tu LED van a circular 15 mA: buscá 15 en el eje de la corriente.

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   Avanzá en línea recta hasta tocar la curva.

   Ese punto de la curva es tu punto de trabajo.

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   Desde ahí, bajá hasta el otro eje y leé.

   Unos 1,97 V. Con un dato y la curva obtuviste el otro, sin ninguna fórmula.

Antes de sacar un número de una curva, revisá cuatro cosas:

Qué hay en cada eje

Parece obvio, pero las hojas cambian los ejes de un gráfico a otro. Leé el rótulo y la unidad cada vez.

Si la escala es logarítmica

Cuando las divisiones del eje dicen 1, 10, 100, 1000, cada división multiplica por diez en lugar de sumar. El punto medio entre 10 y 100 no es 55: es alrededor de 30.

Si hay varias curvas en el mismo gráfico

Suele haber una por cada temperatura (25 °C, 85 °C…) o por cada valor de otro parámetro. Usá la que corresponde a tu caso, o la peor.

Que la curva es «típica»

Casi todas dicen Typical en el título. Describen una pieza promedio: sirven para entender la tendencia y para estimar, pero no reemplazan a los mínimos y máximos de la tabla.

La forma de la curva del ejemplo ya enseña algo: es casi vertical cerca de los 2 V. Un cambio de apenas 0,1 V duplica la corriente. Por eso un LED nunca se conecta directo a una fuente de tensión y siempre lleva un resistor: es la curva la que lo explica, y la vemos en detalle en el Tema 17.

07 · La letra más chica

La temperatura cambia los límites

Casi todas las tablas de una hoja de datos llevan al pie una frase corta: T_A = 25 °C unless otherwise noted. Significa que todos los números se midieron con el ambiente a 25 °C, salvo indicación contraria. Y es importante, porque los 500 mW del BC547B solo valen a esa temperatura.

La razón es simple. El límite real no es la potencia: es la temperatura interna del silicio, llamada temperatura de juntura (T_j), que no debe pasar de 150 °C. La potencia que disipa la pieza la calienta por encima del ambiente, y la hoja dice cuánto con un parámetro llamado resistencia térmica:

Resistencia térmica (R_th)

Cuántos grados sube la temperatura interna por cada watt disipado. Para el BC547B en TO-92, al aire, es de unos 250 °C por watt.

La cuenta

Temperatura interna = temperatura ambiente + potencia × resistencia térmica.

Con 300 mW y el ambiente a 25 °C, el interior del transistor está a 100 °C: lejos de los 150. Pero mirá qué pasa con la misma potencia cuando sube la temperatura del lugar donde está el circuito:

El circuito no cambió y la pieza tampoco. Lo único que cambió fue el lugar donde lo pusiste, y pasó de funcionar con holgura a destruirse. Esa reducción del límite con la temperatura se llama derating, y es el tema central de la próxima lección.

08 · Simulador

La zona segura del BC547B, dibujada

Este simulador convierte la tabla de máximos en un mapa. El eje horizontal es la tensión entre colector y emisor y el vertical, la corriente de colector. Cada combinación de tensión y corriente es un punto, y el punto blanco es donde está trabajando tu transistor.

• Las líneas naranjas son los máximos de tensión (45 V) y de corriente (100 mA): forman un rectángulo.
• La curva amarilla es el máximo de potencia. Todos sus puntos disipan lo mismo; por encima de ella, la pieza se daña.
• La zona verde es donde se cumplen los tres máximos a la vez. La zona más marcada, con borde punteado, es la de diseño: no más del 50 % de cada límite.

Recorrido guiado (6 minutos)

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   Mirá el estado inicial.

   Con 5 V y 20 mA el transistor disipa 100 mW. El punto está dentro de la zona de diseño y las tres barras, por debajo del 50 %.

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   Tocá «Llave con un LED».

   El punto se pega al eje vertical: 15 mA, pero apenas 0,2 V. Un transistor usado como llave cerrada casi no disipa, porque la tensión queda en la carga y no en él. Son 3 mW.

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   Tocá «Llave con un relé».

   La potencia sigue siendo mínima, pero la barra de corriente llega al 70 %. Está dentro de los máximos y fuera de la zona de diseño: funciona sin margen. Sería el momento de buscar un transistor más grande.

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   Tocá «20 V y 50 mA».

   La tensión está al 44 % de su máximo y la corriente al 50 %: las dos barras se ven tranquilas. Pero el punto quedó muy por encima de la curva amarilla, con el 200 % de la potencia. Es la trampa de combinar máximos, a la vista.

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   Tocá «La esquina».

   45 V y 100 mA: justo donde se cruzan las dos líneas naranjas. Es el punto que sugiere una publicación de venta. La barra de potencia se sale de la escala: 4,5 W en una pieza de medio watt.

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   Tocá «6 V y 60 mA» y subí la temperatura ambiente.

   A 25 °C el punto está dentro de la curva, al 72 %. Mové el control de temperatura de a poco: la curva amarilla se achica hacia el origen y, al pasar los 60 °C, deja al punto afuera. El circuito no cambió; cambió el lugar donde trabaja.

Preguntas para pensar

1. ¿Por qué la zona segura no es el rectángulo completo que forman las dos líneas naranjas?
2. En los casos «Llave con un LED» y «Llave con un relé», la potencia es bajísima. ¿Qué tienen en común esos dos puntos en el mapa?
3. Si tu circuito va a trabajar dentro de una caja al sol, ¿qué control del simulador tenés que mover antes de decidir si la pieza sirve?

09 · Referencia

Glosario: el inglés de las hojas de datos

Las hojas usan un vocabulario muy reducido. Con estas dos tablas podés orientarte en casi cualquiera. No hace falta memorizarlas: son para volver.

Hay un patrón útil: una V es siempre una tensión, una I una corriente, una P una potencia y una T una temperatura. Las letras chicas dicen entre qué patas o en qué condición: V_CE es la tensión entre Colector y Emisor. Con eso se descifra la mayoría de los símbolos que no estén en la tabla.

10 · La hoja en código

Los límites como una verificación automática

Una tabla de máximos es un conjunto de condiciones que tu diseño tiene que cumplir. Eso, en software, es un test. Pasar la hoja a un diccionario y escribir la función que compara te obliga a ser explícito con cada límite, y te deja una verificación que podés repetir con cualquier pieza.

Verificar un punto de trabajo contra los máximos

La función calcula la potencia sola, porque es el límite que más se olvida, y clasifica cada parámetro en tres estados: correcto, sin margen o fuera del máximo.

BC547B = {"Vce_V": 45, "Ic_mA": 100, "P_mW": 500}


def verificar(caso, maximos, vce, ic_ma, margen=0.5):
    trabajo = {"Vce_V": vce, "Ic_mA": ic_ma, "P_mW": vce * ic_ma}
    aprobado = True
    print(caso)
    for parametro, valor in trabajo.items():
        uso = valor / maximos[parametro]
        if uso > 1:
            estado = "SUPERA EL MAXIMO"
        elif uso > margen:
            estado = "sin margen"
        else:
            estado = "ok"
        aprobado = aprobado and uso <= margen
        print(f"  {parametro}: {valor:g} de {maximos[parametro]} ({uso:.0%}) {estado}")
    print("  =>", "APROBADO" if aprobado else "REVISAR")
    return aprobado


verificar("Llave con un LED", BC547B, vce=0.2, ic_ma=15)
verificar("Llave con un relé", BC547B, vce=0.6, ic_ma=70)
verificar("20 V y 50 mA", BC547B, vce=20, ic_ma=50)
verificar("Motor de 300 mA", BC547B, vce=0.6, ic_ma=300)

Son los mismos casos del simulador. Agregá uno propio: ¿qué pasa con 9 V y 30 mA?

Sumar la temperatura

Dos funciones de una línea alcanzan para repetir la tabla de la sección 07: una calcula la temperatura interna y la otra, cuánta potencia admite la pieza en un ambiente dado.

TJ_MAX = 150      # grados: temperatura interna máxima
RTH = 250         # grados por watt: resistencia térmica al aire
P_MAX_MW = 500    # potencia máxima a 25 grados


def temperatura_interna(p_mw, t_ambiente):
    return t_ambiente + p_mw / 1000 * RTH


def potencia_admitida(t_ambiente):
    return min(P_MAX_MW, (TJ_MAX - t_ambiente) / RTH * 1000)


for ambiente in (25, 60, 85):
    tj = temperatura_interna(300, ambiente)
    admitida = potencia_admitida(ambiente)
    estado = "ok" if tj <= TJ_MAX else "SE DAÑA"
    print(f"Ambiente {ambiente} grados: Tj = {tj:.0f} grados, admite {admitida:.0f} mW, "
          f"uso {300 / admitida:.0%} -> {estado}")

¿Hasta qué temperatura ambiente se pueden disipar 300 mW? Probá con valores entre 60 y 85.

Tu biblioteca de fichas

Cada hoja que leas la podés resumir en una entrada de un diccionario: los máximos y los dos o tres parámetros que usás, con su condición. Es la versión en código de la ficha del Tema 1, y va a crecer hasta el final del curso.

fichas = {
    "BC547B": {
        "tipo": "transistor NPN, TO-92",
        "maximos": {"Vce_V": 45, "Ic_mA": 100, "P_mW": 500},
        "hFE": {"min": 200, "tip": 290, "max": 450, "condicion": "Ic = 2 mA, Vce = 5 V"},
    },
    "1N4148": {
        "tipo": "diodo de señal, axial",
        "maximos": {"Vr_V": 100, "If_mA": 200, "P_mW": 500},
        "Vf_V": {"min": None, "tip": None, "max": 1.0, "condicion": "If = 10 mA"},
    },
}


def consultar(codigo, parametro, columna):
    if codigo not in fichas:
        print(f"{codigo}: sin ficha. Buscar la hoja de datos antes de usarlo.")
        return None
    dato = fichas[codigo][parametro]
    valor = dato[columna]
    if valor is None:
        print(f"{codigo} {parametro} {columna}: la hoja no lo garantiza.")
        return None
    print(f"{codigo} {parametro} {columna} = {valor}  (medido con {dato['condicion']})")
    return valor


consultar("BC547B", "hFE", "min")
consultar("BC547B", "hFE", "tip")
consultar("1N4148", "Vf_V", "max")
consultar("1N4148", "Vf_V", "min")
consultar("BC337", "hFE", "min")

La función nunca devuelve un número sin mostrar su condición, y nunca inventa un valor que la hoja no garantiza.

11 · Comprensión

Confusiones frecuentes

12 · Práctica guiada

Ejercicios de lectura

Ejercicio 1: dos preguntas, una tabla

Este es un extracto de la hoja del diodo 1N4148:

1. ¿Sirve para proteger una entrada por la que circulan 10 mA en un circuito de 12 V?
2. ¿Sirve para alimentar, a través de él, un circuito que consume 500 mA?
3. La tabla dice V_F = 1 V máximo a 10 mA. ¿Podés usar ese mismo valor si por el diodo circulan 150 mA?

Ejercicio 2: la trampa, con números

Un BC547B trabaja con 15 V entre colector y emisor y conduce 40 mA. Calculá qué porcentaje de cada máximo está usando (tensión, corriente y potencia) y decí si el punto es válido. Después comprobalo en el simulador.

Ejercicio 3: el mismo circuito en otro lugar

Un BC547B disipa 200 mW. Calculá su temperatura interna y qué porcentaje de la potencia admitida usa en dos situaciones: sobre la mesa, a 25 °C, y dentro de un gabinete a 75 °C. Podés usar el segundo bloque de Python.

Ejercicio 4: el dato que falta

Querés conmutar una tira de LED de 3 A a 12 V con un MOSFET, comandado directamente por una placa que entrega 5 V. Una publicación ofrece un «IRFZ44N: 55 V, 49 A, 94 W». Con esos tres números, ¿podés decidir? ¿Qué dos datos buscarías en la hoja antes de comprarlo?

Ejercicio 5: tu primera hoja real

Elegí una pieza de tres patas del inventario que armaste en el Tema 2. Buscá su hoja de datos, recorré las cinco paradas y anotá en tu cuaderno: el pinout, tres máximos absolutos, y un parámetro de la tabla de características con sus columnas y su condición de medición.

13 · Síntesis

Ideas para recordar

¿Listo para el Tema 4?

Podés avanzar si sos capaz de responder esto sin mirar:

• Nombrar las cinco paradas de una hoja de datos y qué pregunta responde cada una.
• Explicar por qué un BC547B no puede trabajar con 45 V y 100 mA a la vez.
• Decir cuál de las columnas mín., típ. y máx. no está garantizada.
• Explicar qué es una condición de medición y dar un ejemplo.
• Describir los tres movimientos para leer un punto en una curva.
• Calcular la temperatura interna de una pieza que disipa 0,2 W con 250 °C/W, a 25 °C de ambiente.

Ya sabés de dónde salen los límites. En este tema usamos «la mitad del máximo» como regla rápida y vimos que la temperatura la complica. En el próximo convertimos esa intuición en un método: tolerancias, valores nominales y derating.