Salida del operacional, poca corriente

[Fernando1987]

Escribo este nuevo tema para pedir ayuda a cerca de una duda mía:
Quiero conectar un zumbador de 6 V a la salida de un operacional (en este caso usado como comparador).
Luego de ver las hojas de datos del operacional que uso (un TL074), me di cuenta que con los escasos 2,5 mA de corriente maxima que entrega a su salida; no iba a poder ni hacer sonar el zumbador, ni prender un led ni nada que consumiera corriente…

La solucion que se me ocurrio fue conectar la salida del operacional a la base de un transistor BJT NPN; y luego el zumbador entre el emisor y tierra; tal como se ve en la imagen. La salida del comparador sera de 6 V porque es con lo que lo alimento (me construi una fuente de 6 V); voltaje que tambien utilicé para polarizar el transistor.
Mi objetivo es que cuando el operacional entregue 0 V, el transistor este en corte y por lo tanto no haya potencial sobre el zumbador.
Pero cuando el operacional entregue 6 V, el transistor quede saturado entregando la corriente necesaria que el zumbador requiera.


Pero pronto surgieron dudas, espero tengan paciencia y sepan disculpar mi ignorancia (entre al foro para aprender):

1) Recorriendo la malla de entrada, deduzco que sobre los bornes del zumbador (que en el dibujo figura como una R) hay (6 – 0,6 = 5,4) V… ¿Esto no le hará mal al zumbador?, me dijeron que si le aplicaba menor voltaje del que estaba diseñado, se podia hasta quemar ¿es cierto?.


2) Algo muy raro me surgio que no puedo explicarme. Al recorrer la malla de entrada, como ya les comente, deduzco que sobre el zumbador hay 6 – 0,6 voltios.
Como esta saturado; VCE = 0. Entonces recorriendo la maya de salida tengo que el potencial que cae sobre el zumbador es el de la fuente que polariza al transistor. En este caso es casualmente 6 V… pero si hubiera polarizado al transistor con otra fuente de 12 voltios por ej… ¿Cómo se explica que recorriendo una malla me de que en el zumbador caen 5,4 Voltios y recorriendo la otra cae 12?? (entiendo que eso pasa por no poner ninguna resistencia entre el colector y la fuente; pero aun asi no me explico el porque de este hecho)
¿Ustedes creen que debería poner una R en ese lugar? ¿De cuantos ohm más o menos?
Les aclaro que el circuito que estoy diseñando será alimentado por medio de baterías, o sea que me importa que no se gasten demasiado rápido jeje

3) Para finalizar y cerrar con broche de oro todas las demás preguntas: ¿¿Hay alguna forma de facilitarle toda la corriente que la RL (ya sea un motor, un relay, una luz, etc) pida, PERO UTILIZANDO EXACTAMENTE EL MISMO VOLTAJE EXISTENTE A LA SALIDA DEL OPERACIONAL, Y TRABAJAR CON EL COLECTOR DEL TRANSISTOR Y NO CON EL EMISOR??

Ante todo muchísimas gracias nuevamente a todos, un abrazo!!

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[jor1703]

Hola amigo Fenando1987, trataré de explicarte lo mejor posible:

Recorriendo la malla de entrada, deduzco que sobre los bornes del zumbador (que en el dibujo figura como una R) hay (6 – 0,6 = 5,4) V… ¿Esto no le hará mal al zumbador?, me dijeron que si le aplicaba menor voltaje del que estaba diseñado, se podia hasta quemar ¿es cierto?.

Bueno en este caso no veo por que deba quemarse el buzzer, sabemos que este es un dispositivo piezoeléctrico (también puede ser electroacustico) que debe trabajar dentro de sus parámetros nominales de voltaje y corriente como todo dispositivo; si sobrepasa estos valores habrá sobrecalentamiento debido al efecto Joule i2R, lo cual es perjudicial.

2) Algo muy raro me surgio que no puedo explicarme. Al recorrer la malla de entrada, como ya les comente, deduzco que sobre el zumbador hay 6 – 0,6 voltios.
Como esta saturado; VCE = 0. Entonces recorriendo la maya de salida tengo que el potencial que cae sobre el zumbador es el de la fuente que polariza al transistor. En este caso es casualmente 6 V… pero si hubiera polarizado al transistor con otra fuente de 12 voltios por ej… ¿Cómo se explica que recorriendo una malla me de que en el zumbador caen 5,4 Voltios y recorriendo la otra cae 12?? (entiendo que eso pasa por no poner ninguna resistencia entre el colector y la fuente; pero aun asi no me explico el porque de este hecho)
¿Ustedes creen que debería poner una R en ese lugar? ¿De cuantos ohm más o menos?
Les aclaro que el circuito que estoy diseñando será alimentado por medio de baterías, o sea que me importa que no se gasten demasiado rápido jeje

como respuesta de esta pregunta te recuerdo que: el buzzer posee una resistencia interna baja si suponemos que es electroacústico. Así pues si observamos la configuración de la imagen que montaste, vemos que el transistor al trabajar en corte y saturación posee dos características. En corte el transistor posee una corriente de colector (Ic) pequeña (prácticamente igual a cero) y un voltaje colector emisor (Vce) máximo (aproximadamente igual al voltaje de alimentación) en saturación tiene una corriente de colector (Ic) máxima y un voltaje colector emisor (VCE) casi nulo (cero voltios). Por lo tanto, el voltaje que tu observas de 5.4v y 12v es por q al estar en corte el transistor comunica la alimentación (Vcc) con el buzzer.

3) Para finalizar y cerrar con broche de oro todas las demás preguntas: ¿¿Hay alguna forma de facilitarle toda la corriente que la RL (ya sea un motor, un relay, una luz, etc) pida, PERO UTILIZANDO EXACTAMENTE EL MISMO VOLTAJE EXISTENTE A LA SALIDA DEL OPERACIONAL, Y TRABAJAR CON EL COLECTOR DEL TRANSISTOR Y NO CON EL EMISOR??

si se puede trabajar con la configuración emisor común, pero debes tener en cuenta que el buzzer trabajará con un voltaje VCC cuando este saturado, mientras que en la configuración de colector común el buzzer trabajará con un voltaje de emisor VE igual a VBB-0.7V

Espero haberte ayudado...

Ah se me olvidaba, se recomienda colocar una resistor en serie entre el Op-Amp y la base del Transistor para limitar la corriente que el transistor extraer del Operacional y así se evita dañarlo, ademas con esto puedes asegurar una saturacion dura....

 

[chclau]

Pequeña aclaración (y esto lo aprendí hace muy poquito en este mismo foro), un transistor con la carga en su emisor, no puede entrar nunca en saturación (por extensión, lo mismo ocurre con un par Darlington).

Esa es la solución a la pregunta de Fernando, y es que la tensión de salida es 5.4V, ya que Vce NO es cero, el transistor está en zona activa.

La manera de sobreponserse a la caída B-E en el transistor, es incluirlo en el lazo de realimentación de manera que el AO compense esa caída. Si la tensión de alimentación del AO es 6V, la salida se aproximará a 6V tanto como el AO se puede acercar a sus "rails". Hay AOs que están definidos como "rail to rail", su tensión de salida puede alcanzar su alimentación. Si la salida del AO está lejos de su tensión de alimentación, se lo puede alimentar con una tensión superior a los 6V.

 

[Fernando1987]

En primer lugar muchísimas gracias a los dos por sus respuestas. Como evolución de mi diseño, y tendiendo en cuenta las dos sugerencias, he completado el circuito agregándole una R entre la salida del operacional y la base del T (que la llamo R1) y otra R mas en el colector (llamada R2).

A la hora de darle valores a las R y analizar un poco el circuito, realicé el siguiente razonamiento y cálculo (es importante que vean las imágenes mientras leen)




* Recorriendo la malla de entrada llego a la conclusión que la Ic de trabajo estará dada por 5,4 / (Rb + R1/beta)

* Recorriendo la malla de salida obtengo la recta de carga que me indica que la corriente Ic maxima admitida (con el transistor totalmente saturado) es igual a 6 / (Rb + R2)

* Por una cuestión obvia, impongo la condición de que la corriente de trabajo no puede ser mayor a la corriente de saturación. Si no, estimo que no funcionaria el circuito
De ahí sale la ecuación que recuadre en rojo.


A modo de ejemplo le doy valores a las R.
Suponiendo que Rb sea de 200 ohm, y tomando un transistor con beta = 50 digo que: Si R2 = 100 Ω y R1 = 5 K tenemos que la corriente de trabajo sera de 18 mA cuando la corriente de saturación ronda los 20 mA.
Lo que seria correcto desde el punto de vista racional; ademas eso daria una corriente de base (o sea de salida del operacional) de 0,36 mA: la cual puede ser entregada sin problema por este.

Lo malo que encuentro es que sobre R1 caerían 1,8 voltios. O sea que sobre el zumbador solo quedaran 6 – 0,6 – 1,8 = 3,6 voltios. (O sea que me convendría directamente utilizar un buzzer 3 voltios tal vez)

El otro aspecto negativo es que al R2 consumira la mitad de la potencia que el buzzer; lo cual me parece un desperdicio (en realidad creo que este aspecto no es tan preocupante porque igual es muy poca)

1) ¿¿Les parece bien mi razonamiento?? ¿Qué opinan de mi circuito?

Francamente a mi no me termina de convencer el hecho de que no encuentro la manera genérica y efectiva de poder aprovechar la tensión de salida de un operacional sin que esta caiga un poco.
2) ¿Cómo es eso de incluir las caídas Vbe y R1 en la realimentación para compensarlas? ¿Algo así como un seguidor de tensión pero con esas caídas incluidas? ¿tenes un grafico por favor?


3) PREGUNTA IMPORTANTE! Si hubiera querido trabajar con la configuraron emisor común, ¿hubiese tenido que intercambiar Rb por R2, no? pero…. nuevamente la R del emisor “molestaria”, ya que haria que el buzzer no reciba los 6V de Vcc, sino 6 menos la caida en la R de emisor… ¿No podria sacar entonces R de emisor o elegir un valor muy pequeño para esa resistencia? ¿No podria tambien sacar la R de base en caso de utilizar la configuración emisor comun, quedando solo asi solamente el buzzer?


Ante todo muchisimas gracias nuevamente, por su paciencia y amabilidad!

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[Eduardo]

Como evolución de mi diseño, y tendiendo en cuenta las dos sugerencias, he completado el circuito agregándole una R entre la salida del operacional y la base del T (que la llamo R1) y otra R mas en el colector (llamada R2).

En esa configuración no necesitás ninguna resistencia en base ni en colector.

* Recorriendo la malla de entrada llego a la conclusión que la Ic de trabajo estará dada por 5,4 / (Rb + R1/beta)
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1) ¿¿Les parece bien mi razonamiento?? ¿Qué opinan de mi circuito?

Que te enredaste feo.
En una salida como esa, siendo que entre B-E tenés una caída típica de 0.6-0.7V, la máxima tensión posible en la carga será 5.3-5.4V.
Si con 5.4V la carga te absorbe por ejemplo 100mA --> la corriente de base será 100mA/beta y obviamente el AO debe ser capaz de suministrarlos.

Agregando una resistencia en base y/o colector, lo único que conseguís es bajar la tensión de salida.

Francamente a mi no me termina de convencer el hecho de que no encuentro la manera genérica y efectiva de poder aprovechar la tensión de salida de un operacional sin que esta caiga un poco.

Es que vos querés hacer una etapa seguidora ideal con un transistor --> despertate.

3) PREGUNTA IMPORTANTE! Si hubiera querido trabajar con la configuraron emisor común, ¿hubiese tenido que intercambiar Rb por R2, no? pero…. nuevamente la R del emisor “molestaria”, ya que haria que el buzzer no reciba los 6V de Vcc, sino 6 menos la caida en la R de emisor… ¿No podria sacar entonces R de emisor o elegir un valor muy pequeño para esa resistencia? ¿No podria tambien sacar la R de base en caso de utilizar la configuración emisor comun, quedando solo asi solamente el buzzer?1

Si hacés una configuración emisor común es necesaria la resistencia de base porque hay que limitar la corriente, aunque este es un caso particular porque ese AO ya tiene limitada la corriente a 2.5mA.
R en emisor no hace y entre Vcc y colector va el buzzer.


Pero todo lo anterior es en el aspecto conceptual, porque un TL074 con 6V dudo que funcione y porque es un AO cuya salida está limitada a ~2V menos de la alimentación.

Si lo que necesitás es un comparador cuádruple usá el LM339 (ojo, open collector).

 

[Fernando1987]

Muchas gracias Eduardo!!! Al final pude solucionar el problema poniendo la base de un transistor BJT a la salida el A.O a traves de una resistencia. El zumbador lo puse entre el coletor y VCC = 6 V. El emisor a masa.
Andubo bien, cuanto mas pequeña se hacia la resistencia que puse entre base y la salida del A.O mas saturaba el transistor, llegando al punto de lograr casi 6 V en el zumbador. Despues voy a postear a modo didactico el circuito con los valores y modelos exactos como para que otro que tenga la misma duda que yo, pueda solucionar el problema.