El arte de escoger un buen transistor

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En los proyectos de electrónica es común el uso de transistores. En Panama Hitek he publicado algunos proyectos que utilizan transistores. Se ha vuelto muy común que cuando las personas intentan recrear estos proyectos me preguntan que transistores pueden usar ante la imposibilidad de encontrar el modelo que designé durante mi fase de diseño. Resulta que escoger un transistor es mucho más que una ciencia, es un arte. Combinar eficiencia, disponibilidad, desempeño y economía en los diseños electrónicos es hacer ingeniería.

Existen muchos modelos de transistores en el mundo y no siempre tendremos el modelo óptimo para la aplicación que estemos implementando. Por ejemplo, en el post El Puente H: Invirtiendo el Sentido de Giro de un Motor con Arduino utilicé el transistor C2073. Es un transistor NPN con el cual armé el siguiente circuito:

puente-h3

Vamos a repasar los criterios que utilicé para escoger dicho transistor y para conocer que otros modelos de transistores podrían cumplir la misma función en dicho esquema. En su momento utilicé el C2073 porque es lo que tenía a mano. Sin embargo, bien pude escoger un modelo más acorde a este circuito.

A continuación algunos criterios a tomar en cuenta para escoger un buen transistor. Como referencia utilizaré el sitio web https://www.mouser.com debido a su inmensa biblioteca de componentes y a las facilidades que nos brinda esta página para filtrar piezas según las características que nosotros mismos escogemos.

Tipo de Transistor

Existen diferentes tipos de transistores: BJT, FET, JFET, MOSFET, IGBT, etc… Para esta aplicación en específico necesitamos un BJT. Entre los BJT tenemos los NPN y los PNP. Ya en Panama Hitek escribimos un post sobre el transistor BJT y su uso en la electrónica donde hicimos énfasis en las diferencias entre uno y otro.

rp_bjt.png

 

El transistor que necesitamos es un NPN. Nos vamos a Mouser.com y veremos la siguiente ventana:

mouser

 

En el buscador escribimos transistor. Veremos lo siguiente:

mouser

 

Entre las opciones que tenemos debajo de Top Search Results for «transistor» hacemos clic en la opción Bipolar Transistor – BJT ya que lo que buscamos es, precisamente, un BJT.

escoger un buen transistor

 

Escogemos la opción NPN en el filtro de Transistor Polarity. Hacemos clic en Apply Filters y ahora solo veremos los transistores NPN.

mouser

 

Hemos reducido la lista de 6107 posibles tipos de transistores a 3177.

Aplicación en la que se utilizará el transistor

El transistor normalmente lo utilizamos como amplificador o como interruptor. Es lo más común. En este caso no necesitamos amplificar sino cortar el paso de la corriente así que necesitamos un interruptor.

Corriente y Voltaje 

Lo próximo que debemos verificar son los requerimientos de corriente y voltaje, específicamente la corriente de colector y el votaje colector-emisor.

El motor que vayamos a utilizar consume cierta cantidad de corriente y trabaja a un voltaje dado. A mi me gusta diseñar en base a 1 amperio ya que difícilmente un motor DC convencional superará dicha corriente. Sin embargo, debemos verificar antes de hacer cualquier compra. El voltaje de diseño para este sistema es de 12 voltios asi que nuestro voltaje colector-emisor debe ser, mínimo, 12 voltios. Escogemos los filtros de la siguiente manera:

mouser

 

Seleccionamos todos los valores superiores a 12 voltios y a 1 amperio. Eso reduce nuestra cantidad de transistores a 1284 de los 3177 originales.

Tipo de encapsulado

En lo personal este es para mi un aspecto sumamente importante; es el parámetro principal que sigo a la hora de escoger mi transistor. Existen múltiples tipos de encapsulados en el mercado:

mouser

 

Para mi la prioridad siempre es el encapsulado TO-92. ¿Por qué? Porque no requiere disipador de calor. Los disipadores siempre son sinónimos de problemas y de más espacio requerido para el armado del circuito. Con el TO-92 nos olvidamos de eso. Sin embargo, este tipo de encapsulado es incapaz de manejar potencias superiores a aproximadamente 2 Watts. De hecho un transistor TO-92 que disipe 2 Watts es un super transistor. Si lo llegan a ver por ahí, cómprenlo. Veamos un ejemplo.

Vamos a escoger todos los encapsulados TO-92 en el filtro Package/Case. Veremos que hay muchos disponibles pero solo escogeremos los TO-92.

mouser

Nos quedan 35 transistores. Ahora en las listas que nos aparecen vamos a ordenar los transistores de mayor a menor corriente de colector.

mouser

 

Lo primero que nos aparece es un ZTX851. Algo que me gusta de Mouser es que nos indica si el transistor se encuentra disponible en Multisim para hacer simulaciones.

Este transistor supuestamente maneja 5 amperios como máxima corriente de colector y 60 voltios como máximo voltaje colector-emisor. Pero, cuando nos vamos a la datasheet del transistor…

escoger un buen transistor

 

El Practical Power Disipation es de 1.58 Watt. El cuadro en rojo muestra la disipación de calor a 25ºC. Podemos utilizar este valor como referencia. Ese es uno de los filtros que le falta a Mouser, el de potencia, por lo que siempre que encontramos un transistor debemos verificar su hoja de datos.

La hoja de datos de un transistor nos da mucha información útil sobre el dispositivo que estamos interesados en comprar. Veamos lo que esta información representa:

mouser

 

Según la hoja de datos, los valores mostrados en el gráfico son los máximos permitidos por el modelo de transistor en cuestión. Es sumamente importante conocer estos valores ya que si se supera algunos de ellos (principalmente el voltaje Base-Emisor y la corriente de colector) nuestro transistor se podría fundir. Conocer la hoja de datos (datasheet) de un transistor es elemental.

Volviendo a nuestro diseño, debemos recordar que la potencia máxima de un transistor es igual al producto de el voltaje colector-emisor por la corriente de colector. Por Ley de Ohm, si despejamos cuanto voltaje podemos tener entre colector y emisor para que nuestro transistor entregue 5 amperios:

P = VI

V = P/I = 1.58 / 5 = 0.316 voltios

La potencia es un detalle que tendemos a obviar y en esta ocasión se hace sumamente importante. ¿Funcionará este modelo de transistor para lo que lo necesitamos? Supuestamente vamos a estar trabajando a 12 voltios y 1 amperio, lo cual son 12 watts. Esto significa que nuestro transistor se fundiría rápidamente si lo utilizáramos con nuestro puente H. Pero, debemos recordar que utilizaremos nuestro transistor como interruptor en la región de saturación. Veamos el siguiente gráfico:

mouser_1

En la región de saturación el voltaje colector-emisor es cero o próximo a cero, por lo que nuestro transistor no se quemaría trabajando a 1 amperio. Tendríamos:

P = VI = (0.1 volts)(1 ampere)=100 miliWatt

Nuestro transistor califica. Solo tendríamos que polarizarlo correctamente para que se ubique en la región de saturación (área verde) y funcione exclusivamente como un interruptor. Veamos un ejemplo de polarización y su efecto sobre el consumo de potencia y el voltaje colector-emisor.

Como vemos, la polarización del transistor es sumamente importante y de ello podría depender que nuestro transistor se queme o no. Calculemos el voltaje colector emisor máximo para el cual podríamos utilizar el transistor ZTX851. Para 1.2 Watts…

V = P/I = 1.2/1= 1.2 voltios

Tendríamos que asegurar que el voltaje en la base del transistor no supere 1.2 voltios. Esto es posible pero creo que es muy molesto. Yo prefiero un transistor en el cual no me tenga que preocupar mucho por la polarización. Pero esto no será posible con el encapsulado TO-92 debido a que las potencias que se manejan, como ya dijimos, son muy bajas. Lo que hacemos entonces es utilizar el siguiente encapsulado en el orden de prioridad, el TO-126. ¿Por qué? Porque posee una carcasa de plástico que normalmente no transfiere mucho calor. Este transistor se puede utilizar sin disipador de calor en aplicaciones pequeñas como nuestro puente H.

Vamos a Mouser y escogemos el encapsulado TO-126:

mouser

 

Ahora nos aparecen algunos transistores. Nuevamente ordenamos la lista para obtener el modelo con mayor corriente.

escoger un buen transistor

 

El modelo que deberíamos escoger es APT13005SU-G1. Nos entrega 6.4 amperios de corriente de colector y soporta una potencia de 20 Watts a 25ºC. Esto es más que suficiente para la aplicación que queremos pero no significa que este sea el mejor transistor para nosotros.

Precio

Como en los filtros de Mouser colocamos que queremos transistores de más de 1 amperio de corriente de colector, todos los que nos aparecen en la lista una vez que seleccionamos el encapsulado TO-126. Nos quedan 48 transistores. Ordenamos la lista por orden de precio, desde el más barato hasta el más caro.

escoger un buen transistor

 

El transistor más barato es de 47 centavos. Incluso el primero de la lista se reduce a 29 centavos si se compran 10 o más. Me parece un precio accesible y adecuado para un transistor capaz de manejar 3 amperios y 10 Watts.

Disponibilidad

A veces buscamos transistores en Mouser y estos no se encuentran disponibles en sus almacenes o no se distribuyen a granel sino que son vendidos al por mayor.

A mi me gusta comprar en Mouser desde acá en Panamá. Yo escojo las piezas que necesito, las pago a través de Paypal, les pido que me las envíen a Miami y desde allá otra empresa me las trae a Ciudad de Panamá. Pero a veces por cuestiones de tiempo o por no poseer casillas de correo en Miami no podemos comprar en Mouser y tenemos que adquirir transistores en las tiendas de electrónica locales. Lo que podemos hacer es copiar la lista de modelos que nos aparece en Mouser e ir a la tienda de electrónica a verificar si poseen en su inventario algunos de los modelos que según la información en Mouser son adecuados para nuestro proyecto.

Conclusiones
  • Se pudo haber utilizado el transistor ZTX851 o cualquier transistor de los que nos apareció en la lista del encapsulado TO-92, aunque habría que tener consideraciones especiales a la hora de polarizarlo. Los transistores TO-92 son más baratos, más pequeños y mejores a la hora de hacer proyectos. Siempre que se pueda utilizar los transistores con encapsulado TO-92, hágalo.
  • Los transistores TO-126 son los segundos en mi orden de prioridad. Yo escojo transistores según el siguiente orden de encapsulado: TO-92, TO-126, TO-220, TO-18 (ya casi no se utiliza), TOP-3, TO-3 y TO-66 (casi no se utilizan). Este orden está basado según las capacidades de manejo de potencia. Solo se debe usar un TO-220 cuando la potencia que se necesita manejar supera la que el TO-126 puede soportar.
  • Existen muchos otros tipos de encapsulados. Los que he mencionado son solamente los más conocidos. Está en usted investigar un poco más sobre otros tipos de encapsulados, sus ventajae, desventajas y tomar decisiones en base a eficiencia, costo y confort.
  • Si se desea escoger un buen transistor para construir un amplificador se debe seguir un procedimiento similar a el utilizado en este post, tomando en cuenta otros parámetros como el ancho de banda y voltajes de saturación.
  • Tratar de evitar dentro de la medida de lo posible el uso de tecnología SMT/SMD.
  • Existen otros servicios similares a Mouser, como Jameco o Digi-Key, pero me quedo con Mouser. Es lo que siempre he utilizado y se los recomiendo a todas aquellas personas que necesitan piezas que más ninguna otra empresa distribuye.
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Noel Antonio Rivas García

Tengo una pregunta en la tiendas de electronica que conosco no tienen ni TIP31 ni TIP32 que son para un proyecto de un amplificador que deseo hacer y ellos dos son los transistores de potencia final que necesito ya los demas los tengo, que si encontre en las tiendas Come por menor se alimenta con fuente simple de 9 voltios rectificado a entregar 12 volt. Y usas 4 transistores para pre é impulsores. Mi pregunta es yo poseo transistores TO3 como el 2N3055 originales NPN y PNP unos de ellos de la extinta URSS. En la casa: 13003 13007 C4242… Read more »

Edward B
Edward B
2 years ago

Si específicas que corriente necesitas y que potencia, podría serles de más ayuda. Con los datos que da, entiendo que necesitas transistores de paso, es decir que ofrezcan la alimentación final y por ende son los que llevarán la carga. No me pondré a buscar todas las datasheet de todos esos transistores, pero hay varios en la lista con los que soy bastante famiar pero entre ellos, los que te servirán prácticamente bajo cualquier circunstancias son el 2N3055 y el MJ13007 el primero aguanta unos 10 amperios maximo(lineal) y una potencia de 110vatios. Mientras el 13007 puede trabajar con una… Read more »

Luis leon
Luis leon
3 years ago

Saludos me gusto el protocolo que sigues para buscar un transistor yo estoy en pañales en este asunto de la Electronica y lo que entendi es que todos sirven para lo mismo amplificar o como interuptores lo que los diferencia son los voltajes,corrientes,potencia y la temperatura estoy bien si no corrigeme por favor gracias L

Ramiro
Ramiro
4 years ago

hola buen día, quiero conectar un servo a un transistor, la base a estara conectada a la salida de un micro-controlador, el emisor al pin de datos del servo y el colector a una fuente externa. los cálculos y la seleccion seria que el transistor este en saturación o interruptor?.

oscar franco meza
oscar franco meza
3 years ago

quiero aprender electronicas por lo meno basico para diacnosticar los errores comunes que siempre aparecen en las targetas de aa.aa. nevera etc/
me puede dar algunas sugerencias amigo desde Panama hitek

Att ,Oscar franco meza desde salto del guaira py

Patricio
Patricio
5 years ago

Hola vi tu video sobre como elegir un transistor para amplificar. Quisiera preguntarte como se llama el software donde haces la demostracion de usar un transistor para hacer funcionar un motor. Saludos

luis
luis
8 years ago

excelente explicación, es raro que casi nadie explique esto de echo llegue aquí, por lo mismo estaba profundizando sobre este tema y casi nada cuando me encuentro con en este buen articulo. pero tengo 2 dudas cuando mencionas que no sirve para trabajar en un puente H se debe a que en estos se puede regular la velocidad esto haría que que el transistor se moviera por la zona activa y se quemara y revisando el proyecto del puente H que usa el transistor c2073 y al revisar la hoja de características su corriente de colector máxima es de 1.5A… Read more »

Antony García González
Antony García González
8 years ago
Reply to  luis

Gracias por los comentarios. Hay 2 conceptos a tomar en cuenta: el voltaje colector emisor máximo debe ser mayor que el voltaje que se le aplica al motor cuando está apagado. Pero cuando el transistor entra en conducción, el voltaje colector-emisor cae a un valor cercano a cero, para que el consumo de potencia sea mínimo. Si tu transistor en un momento dado conduce 1.5 amperios con 16 voltios entre colector-emisor, efectivamente disipará 25 watt. Sin embargo, esa condición es no deseable ya que tu esperas que en saturación tu transistor posea un voltaje colector-emisor cercano a cero voltios.

luis
luis
8 years ago

entiendo,pero cuando trabaja como amplificador mientras no supere ese valor no debería haber problemas