Calcular/configurar el modo de operación BJT

Estoy tratando de hacer un transmisor IR y tengo la siguiente configuración:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Estaba pensando en este circuito, porque quiero ejecutar el LED ~700mA con una salida de 20mA del microcontrolador. Y poner R2 en el colector significaría una gran cantidad de energía desperdiciada por R2, al hacer esto, espero minimizar eso.

Sin embargo, el problema es que quiero poner el BJT en modo de operación de saturación usando esta configuración. Encontré esta tabla en wikipedia, que muestra qué voltajes se deben aplicar a qué contenido para diferentes modos de operación:mesa

Puedo entender la tabla, pero tengo problemas para calcular los valores de resistencia. Esto es lo que sé (para la saturación):

  • Corriente de colector Q1 I C = 700 metro A
  • Caída de tensión D1 V F = 1.4 V
  • Caída de tensión Q1 CE V C mi = 0.3 V
  • Caída de tensión Q1 BE V B mi = 0,95 V

Usando estos valores, ¿cómo puedo calcular las resistencias necesarias para poner el transistor en modo de operación de saturación?

¿Podría proporcionar más detalles generales sobre los cálculos, que podrían funcionar para cualquier modo de operación?

Respuestas (2)

Está utilizando la topología incorrecta para lo que está tratando de lograr. Aquí hay un mejor circuito:

Primero, calculamos R2. Esto es lo que establece la corriente del LED. Quieres 700 mA. D1 cae 1.4 V, y digamos que el transistor se satura a 300 mV. Eso deja 3,3 V en la resistencia. (3,3 V)/(700 mA) = 4,7 Ω. Tenga en cuenta que esta resistencia disipará (3,3 V)(700 mA) = 2,3 W.

Ahora para la resistencia base. Necesita una corriente de colector de 700 mA, por lo que necesita al menos eso dividido por la ganancia del transistor como corriente base. Digamos que la ganancia mínima garantizada del transistor a 700 mA es 50. (700 mA)/50 = 14 mA de corriente base mínima requerida. Calcule que la caída de BE será de 750 mV, por lo que deja 4,25 V en R1. (4,25 V)/(14 mA) = 304 Ω. Entonces, el valor común más grande que garantiza todo dentro de las especificaciones es 270 Ω.

La resistencia de 2.3W fue la razón por la que estoy tratando de hacer esto diferente. ¿Estaba pensando en usar R2 en el emisor y obtener un voltaje más pequeño a través de él?
Está extrayendo 700 mA de un suministro de 5 V. El LED pierde 1,4 V de eso, por lo que, en última instancia, 2,5 W se disiparán de alguna manera en algún lugar además del LED. Será más barato y más fácil disipar esa potencia en una resistencia que en un transistor. El circuito que muestro empuja la mayor parte de la disipación hacia R2, lo que mantiene la corriente del LED razonablemente predecible.
Con resistencias de 1/4 W en paralelo, podría alcanzar 2,3 W con una resistencia específica, ¿sí?
@Gol: Sí, pero necesitarías muchos de ellos. 2,3 W / 250 mW = 9,2, por lo que al menos 10. Diez resistencias de 47 ohmios y 1/4 W en paralelo lo harían en teoría, aunque usaría algunas más por un margen (y ajustaría la resistencia de cada una en consecuencia, o curso). Sin embargo, una sola resistencia de mayor potencia será más fácil.

Estoy de acuerdo con Olin en la mejor configuración del transistor, pero después de haber hecho exactamente lo que has hecho tantas veces, te animo a que consideres un circuito MOSFET esta vez, a menos que el BJT sea un requisito absoluto. Honestamente, he usado BJT para todo lo relacionado con el interruptor desde siempre por simplicidad, familiaridad y tener un gran excedente de ellos. Pero me he dado cuenta de que los MOSFET suelen ser una opción mucho mejor (en parte gracias a @OlinLathrop) y, por lo general, también son muy baratos. Mira este ejemplo, que es similar a lo que estás haciendo.

interruptor Mosfet simple

La razón por la que lo haría con un MOSFET ahora es porque, como usted, quería poner el transistor BJT en una saturación profunda para que se comportara al máximo como un interruptor, para minimizar la disipación. Pero el hecho es que, en este caso, el transistor aún tendrá que disipar al menos 1/2 vatio o más en total, y eso supone que su ciclo de trabajo de onda cuadrada es del 50%. Si le preocupa el calor o la eficiencia, un MOSFET será una opción mucho mejor. Aquí hay un pequeño MOSFET de canal N (en realidad llamado hexfet) en mouser.com, un IRLML6246. Puede ser excesivo para su aplicación, pero considere cómo este pequeño dispositivo de 50 ¢ puede cambiar hasta 4 amperios por usted, con una "resistencia de encendido" tan baja que disiparía solo 28 milivatios en su aplicación.

Listado de Mouser de IRLML6246

La otra consideración, no veo que haya mencionado la frecuencia de la unidad, que será una consideración independientemente de si usa un FET o un BJT, y si le importan los armónicos más allá de la frecuencia fundamental. Para ese FET en particular que mencioné, el tiempo de retardo de encendido es de aproximadamente 4 nS y el apagado es de 11 nS. Sumándolos y tomando el recíproco, eso debería hacer que este FET sea bueno para al menos 60 kHz. (puede acelerar el tiempo de apagado con una menor resistencia de la fuente de la puerta).

Estoy de acuerdo en que un FET es mejor aquí. Iba a agregar un circuito para eso, pero tuve que hacer otra cosa. El nuevo IRFML8244 tiene especificaciones aún mejores y es aún más económico. Esa es mi nueva pieza de gelatina para bajos voltajes, reemplazando el IRLML2502.
Estoy cambiando a 40kHz con un ciclo de trabajo del 50%. Gracias por la sugerencia, usaré BS270.
Gracias Olin. ¡Buen consejo! Son solo como 15 ¢ en mouser si compra 10, y las especificaciones se ven bien. etiqueta hash 'vendido en MOSFETS'. :-)
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