¿Cómo afecta la resistencia base a un transistor?

No soy fuerte con la ingeniería eléctrica y he creado un prototipo de un circuito que funciona; sin embargo, para mi disgusto, no entiendo por qué.

Estoy usando un pin de salida digital Arduino para alimentar un relé. Tengo un transistor NPN para cambiar 5 voltios a través de la bobina del relé que es de 125 ohmios. Al principio, solo conecté la base al pin de salida y funcionó bien. Luego me di cuenta de que la gente tiende a agregar una resistencia base, así que puse una resistencia de 1K ohm allí y todavía funcionó bien.

He estado tratando de aprender más sobre las resistencias base y siento que calculé que debería tener una resistencia más grande. ¿El propósito de la resistencia base es solo reducir la corriente para evitar el desperdicio de energía? ¿O para evitar generar calor? No entiendo completamente por qué se necesita una resistencia base y, si la hay, por qué el relé en mi circuito funcionó bien sin la resistencia y también con una resistencia más pequeña.

Esta es la hoja de datos de mi transistor: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/21675/STMICROELECTRONICS/2N2222.html

No tengo una hoja de datos para el relé (es parte de un viejo kit de pasatiempos... ya sabes... uno de los que tienen la placa de prueba y los resortes).

Aquí está mi configuración actual:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Aquí están mis cálculos probablemente incorrectos. Calculé la corriente del colector como

I C = 5 V 125 Ω = 40 metro A

Me sentí como, basado en la especificación, un razonable h F mi para 40mA es 75. Por lo tanto,

I b ( s a t ) = 40 metro A 75 ≈ .5 metro A

Dado eso, me sentí como la mejor opción para V B mi ( s a t ) = 1.3 V .

Luego, pensé que necesitaba dejar caer 3,7 V a través de la resistencia base a 0,5 mA. De este modo,

R b a s mi = 5 V − 1.3 V .5 metro A ÷ 1000 = 7 , 400 Ω

Entonces, si eso es correcto, ¿qué estoy tratando de lograr con esta resistencia? ¿Estoy tratando de evitar la pérdida de energía o la producción de calor? ¿O estoy tratando de no exceder el voltaje máximo de saturación de base?

Dado que 7k4 ohmios no es una resistencia común, ¿debería bajar a una resistencia de 6k8 ohmios o subir a una resistencia de 8k2 ohmios?

Parece que 8k2 ohmios mantendrían el voltaje base por debajo del voltaje máximo de saturación y 6k8 ohmios mantendrían el voltaje base por encima del voltaje máximo de saturación del emisor base. ¿Cuál busco?

O, supongo, alternativamente, ¿estoy completamente fuera de lugar?

Le sugiero que use un transistor más moderno que ese viejo Hulk, algo así como un 2N4401 (¿solo 30 años, tal vez?). Además, busque Ic/Ib = 10~20, no 75.
@SpehroPefhany, ¿a qué te refieres con buscar un Ic/Ib? ¿Significa que no debería esperar hFE de 75? Debido a que tengo una corriente de colector tan baja, ¿realmente no voy a obtener mucha amplificación de mi transistor?
Desea que el transistor esté muy saturado, no solo que tenga un Vce bajo, y quiere que sea así en todas las condiciones, no solo a temperatura ambiente y similares. Mire dónde se especifica Vce (sat) en la hoja de datos: es Ic / Ib = 10 en casi todos los casos. hFE se especifica en Vce = 10 V y 25 ° C, no lo que desea.

Respuestas (1)

El objetivo principal de la resistencia base es limitar el exceso de corriente a la base. El BJT es un dispositivo controlado por voltaje y, por lo tanto, la corriente no es el factor determinante para la conmutación. La resistencia base debe ser lo suficientemente grande para evitar daños en el transistor, pero aún debe permitir suficiente corriente para garantizar que el transistor se encienda y apague según los voltajes base.

No usar una resistencia base a veces funciona, pero es una práctica terrible y solo está buscando problemas. Confiar en este mecanismo corre el riesgo de quemar su pin de E/S y dañar su transistor, por lo que se recomienda que use una resistencia de base. Sin una resistencia, está colocando 5V en una entrada de baja impedancia (Base - Emisor) y pidiendo a los pines Atmega/Arduino que generen mucha corriente. Eventualmente, si no de inmediato, eso destruirá su Atmega.

Sin embargo, no necesita una resistencia base si opera el transistor en la configuración de colector común, a veces llamada seguidor de emisor. Esto se debe a que cualquier corriente que fluya a través de la carga del emisor hace que el voltaje en el emisor aumente hasta un punto en el que está 0,7 V por debajo del voltaje en la base y evita que fluya más corriente. Esta es una especie de retroalimentación negativa sobre la corriente base.

El propósito principal de una resistencia base es inundar la capacitancia del ser. El transistor mismo limita la corriente base a microamperios, en virtud de su alta impedancia de entrada en la mayoría de las configuraciones.
No precisamente. Si suministra un voltaje significativamente más alto que 0.7V al ser de un BJT, obtendrá un flujo de corriente alto, posiblemente más allá de la capacidad segura del dispositivo. En lugar de decir que la resistencia base limita la corriente excesiva, creo que una mejor declaración es decir que la resistencia base define la corriente base. La corriente base requerida está determinada por la carga en el colector. Para este ejemplo, el relé de 125 ohmios que funciona con 5 V requiere 40 mA. Normalmente se supone una Hfe de 10 para estas condiciones de saturación. Necesitamos conducir 4mA a la base para lo cual necesitamos una resistencia de 1k.
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