Circuito transistor-relé

[1cualkiera]

Hola:

Estoy intentando diseñar un circuito con un transistor para accionar un relé y aunque el circuito funciona, no funciona según mis cálculos. En la imagen que os adjunto veréis que tengo las conexiones correctamente hechas el problema esta en que la resistencia que va conectada a la salida del microcontrolador aún siendo de 20K permite que el relé se active ante una señal de salida del microcontrolador, y según mis cálculos no debería permitirlo por encima de 360 ohmios. El relé necesita 12v y tiene una resistencia de 100 ohmios para abrirse, por tanto se necesitan 120mA para abrirlo. El transistor tiene una ganancia de 100 (o más) por lo que haciendo una sencilla cuenta con 12mA en la base se activaría el relé. Por último, el voltaje en el pin de salida es (5-0,6)= 4,4 que dividiendolo por la intensidad necesaria (12mA) nos da una resistencia de 366 ohmios por encima de la cuál no se obtendría la corriente necesaria. Entonces ¿donde está el problema? ¿como puede abrirse con una resistencia de 20000 ohmios?

 

[Fogonazo]

Hola:

Estoy intentando diseñar un circuito con un transistor para accionar un relé y aunque el circuito funciona, no funciona según mis cálculos. En la imagen que os adjunto veréis que tengo las conexiones correctamente hechas el problema esta en que la resistencia que va conectada a la salida del microcontrolador aún siendo de 20K permite que el relé se active ante una señal de salida del microcontrolador, y según mis cálculos no debería permitirlo por encima de 360 ohmios. El relé necesita 12v y tiene una resistencia de 100 ohmios para abrirse, por tanto se necesitan 120mA para abrirlo. El transistor tiene una ganancia de 100 (o más) por lo que haciendo una sencilla cuenta con 12mA en la base se activaría el relé. Por último, el voltaje en el pin de salida es (5-0,6)= 4,4 que dividiendolo por la intensidad necesaria (12mA) nos da una resistencia de 366 ohmios por encima de la cuál no se obtendría la corriente necesaria. Entonces ¿donde está el problema? ¿como puede abrirse con una resistencia de 20000 ohmios?

No entendí "Nada"

 

[penrico]

No me queda claro si lo has armado físicamente o sólo lo has simulado.

Primero que nada, el BC547 llega a tener hasta 600 de hfe. Por lo tanto, ya con ello estás necesitando sólo 200uA para que entre en conducción (4,4V / 20K = 222uA). Segundo, el relé tampoco necesita necesariamente 120mA para que actúe. O sea, lo que te debe estar sucediendo, es que el transistor NO se está saturando, pero está amplificando la corriente y la corriente que aplica es suficiente para que actúe. Deberías medir cual es la tensión que hay entre colector y emisor. Si lo que medis está en el órden de los 0,3V o menos, quiere decir que tu transistor está saturado. Si la tensión es otra, quiere decir que está trabajando en la zona lineal. Por lo tanto, la corriente que está circulando por el relé será (12-VCE) / 100ohm . Donde los 100ohm es la resistencia del relé. Ahí, podes sacar el hfe de ese transistor, que va a ser la corriente que obtuviste, dividido la corriente de base, en este caso 220uA. De igual manera, te recomiendo que trabaje el transistor siempre en saturación en éstos casos para bajar la disipación al mínimo.

 

[1cualkiera]

Perdón por el lío, pero estoy empezando en electrónica, ya que en la carrera no dí mucha jeje.

El dato de ganancia estática del transistor lo saqué de un ejemplo en una web en el que se montaban un circuito de este tipo: http://www.inventable.eu/2010/08/07/como-conectar-un-rele/

El circuito no lo he montado físicamente, puesto que al no tener una gran experiencia en electrónica estoy primero "planificandolo" en proteus y aprendiendo.

El circuito que os he pasado acciona el relé con la señal de salida del microcontrolador (que va conectado a la resistencia de 20K de la imagen). Con una resistencia de 100k por ejemplo no lo acciona. Quizá la ganancia es mucho más elevada como me has dicho, pero ne se como puedo ver ese dato en proteus para ese transistor en concreto.

Por otra parte, os resumo los cálculos:

Voltaje fuente conectada a relé = 12v
Resistencia bobina relé = 100 ohmios (este dato se puede modificar)
Intensidad necesaria para accionar el relé = 12v/100ohmios = 0,12 A = 120mA

Para el transistor:

Intensidad entrada * 100 (ganancia supuesta) = Intensidad de salida (intensidad que necesito)

Intensidad entrada = 0,12A/100 = 0,0012 A

Resistencia necesaria para conexion salida microcontrolador-base transistor:

R= (5v-0,6)/0,0012A= 3666 ohmios

Esta sería la resistencia máxima para la cuál se debería accionar el transistor, no obstante me acabo de dar cuenta de que había hecho mal el cálculo. Quizá el problema venga de que la ganancia es mucho más elevada de lo que me pensaba.

 

[penrico]

No manejo el proteus. Pero, seguramente si abris el modelo del transistor que has colocado hay un parámetro pspice que se llama BF ese es el hfe. En el caso del modelo del BC547 que tengo me dice BF=437.

 

[1cualkiera]

Estoy empezando a pensar que el proteus no está haciendo bien los cálculos. He probado a variar la resistencia que va a la base del transistor desde 1 ohmio a 40k y no he conseguido en ningún caso que el potencial del colector baje a 0 ohmios (ni si quiera baja de uno). Lo que si he conseguido es que el relé no se accione (con la resistencia por encima de 40k no se acciona) ¿Es lógico esto?

 

[penrico]

No creo que sea el problema el proteus, si puede ser que hayas aplicado mal algún modelo. ¿Que valor de colector te está dando?. Saca el valor para varias resistencias de base. Ahí puedes obtener fácilmente el valor de hfe de tu transistor

 

[1cualkiera]

Hfe para diferentes resistencias (aprox.):

5k = 48

10k = 95

15k = 142

Como se ve, la ganancia no es ni de lejos lineal. No se que falla.

 

[penrico]

Para mi, que tu modelo de relé no es de 100ohm y constante. ¿No puedes observar en la simulación que valores de corriente de colector te está entregando en cada caso?

 

[1cualkiera]

La corriente en el colector es la siguiente para diferentes resistencias:

5k = 0,044

10k = 0,044

15k = 0,044

20k = 0,044

25k = 0,044

30k = 0,044

La intensidad no varia cuando varía la corriente de base. Te adjunto en una imagen los valores de configuración del relé en proteus.

En realidad, el potencial del colector varía alrededor de 1.4v excepto cuando me acerco a 40k de resistencia base que lo hace subir a 1.75v, sin embargo la intensidad sigue manteniendose muy próxima a 0,044 A. Es como si el transistor no hiciera nada hasta que la resistencia es suficientemente alta como para que no se accione el relé.

 

[penrico]

Mirá, realicé simulaciones de un circuito parecido al tuyo, pero con una resistencia.

Utilicé el Microcap 8 para la simulación. Le puse diferentes valores de resistencia de base. Fijate los resultados. En este caso, mi modelo tiene un hfe=437. Fijate que para la R de base de 10K o menor el transistor está siempre saturado y la corriente de colector es siempre cerca de los 100mA (como corresponde). Ahora, para las resistencias más grandes, ya el transistor está en zona lineal. Ahí hay circulación de corriente, pero de menor valor.

Por cierto, los valores mostrados en azul, son las corrientes, y los que estan encerrados en rojo son las tensiones.

 

[1cualkiera]

He modificado el circuito quitando el relé y metiendo una resistencia de 120 ohmios en el colector para tenerlo igual que tu y comparar. Los resultados son distintos, definitivamente la simulación tiene que estar mal.

Metiendo una intensidad de corriente en la base de 0,0011 A (resistencia de 10K en la base), que es una intensidad mayor que la que aparecen en los casos que me has mostrado en los que se te satura el transistor, el voltaje en el colector indica 2,5 V. Por cierto, si haces la cuenta con la resistencia de base y la intensidad verás que el voltaje te sale de 12v, y es que acabo de ver que el pin de salida del microcontrolador me da 12v de tensión (y el microcontrolador lo tengo conectado a 5v, comprobado), no se si será algún otro error, pero bueno para analizar el transistor teniéndolo en cuenta tampoco importa.

Al mismo tiempo, mientras te estaba escribiendo el mensaje se me ha ocurrido hacer una ramificación y meter un amperimetro y la sorpresa ha sido que el potencial en el colector a caído a 0v y la intensidad ha alcanzado los 100 mA, lo que debería haber sido desde un principio. Te adjunto las imagenes con y sin amperimetro.

Muchas gracias por la ayuda que me estas prestando!! microcap es un buen simulador?

Por cierto, las flechas que a su vez llevan otra flecha en horizontal metida en un circulo son los amperimetros, lo otro son los voltajes.

 

[penrico]

Como te dije al principio, no uso Proteus, así que no se decirte si Microcap es mejor o peor. Lo que si estoy convencido que debes tener algo mal en el modelo del transistor que estas utilizando. Para responder a tu pregunta. Para mí, el Microcap es excelente para realizar las simulaciones.

 

[jkogg]

bueno y el transistor se corta cuando la salida del micro baja a 0 ?....

 

[1cualkiera]

Probaré también microcap a ver si me da bien los resultados. Si puede manejar microcontroladores 16f84 me da igual usar uno que otro, el caso es poder asegurarme de que todo funciona correctamente.

Cuando el microcontrolador deja de mandar señal el transistor corta el circuito, eso funciona correctamente.

 

[penrico]

El microcap no simula los microcontroladores. Sólo simula la parte eléctrica. Si usas el microcap, o el pspice o algún otro vas a tener que colocar un generador de señales en la simulación para realizar las pruebas