Encendido y Apagado de un Relé II

Ahora se verá como encender y apagar un relé con un circuito con transistor, utilizaremos el mismo relé del ejemplo anterior que necesita una alimentación de +12V, en el ejemplo anterior no tomamos en cuenta la corriente que demandaba el relé puesto que utilizamos una compuerta colector abierto, capaces de manejar estos dispositivos, esta vez para los cálculos de los elementos a utilizar si vamos a tomar en cuenta la corriente que consume el relé. El circuito base es el que se muestra en la figura 3:

Figura 3.

Sólo hay que seleccionar el tipo de transistor NPN adecuado y calcular el valor de Rb necesario. Este circuito trabaja llevando al transistor entre la zona de corte y saturación, cuando esta en la zona de saturación, la corriente de base es mayor que cero, el transistor se comporta como un alambre, hay diferencia de potencial en la bobina y el switch se cierra, ver figura 4(a), en cambio cuando esta en la zona de corte la corriente de base es cero , el transistor se comporta como un circuito abierto, ver figura 4(b) y en la bobina no hay diferencia de potencial ya que los dos extremos tienen 12 voltios, no hay corriente eléctrica ni campo magnético y por ende el switch no se mueve.

Figura 4(a)

Figura 4(b)

Para Iniciar con los cálculcos debemos tener en cuenta que voltaje llegará a la resistencia Rb, supongamos que nuestro circuito entregará +12 voltios cuando se necesite que el motor se encienda y -12 voltios cuando no se quiera encendido, este voltaje negativo puede resultar problematico por lo que seria mejor colocar un diodo en serie con Rb, por el momento omitiremos ese caso. Medimos la resistencia de la bobina del Relé con el ohmetro, se obtuvo una resistencia de 280 ohms, sabiendo que la alimentación del relé es de 12 voltios calculamos la corriente que consume, que también será la corriente de colector Ic = 12/280 = 42.86mA aproximando 43mA, este parámetro nos servirá para elegir nuestro transistor, por accesibilidad elegimos el 2N2222 que es el mismo NTE123 verificamos en su hoja de datos (datasheet) ver fragmento en figura 5 y observamos que es capaz de dar 800mA, entonces lo podemos escoger, ahora en la misma hoja de datos, figura 5, tenemos que ver los posibles valores de hfe disponibles vemos que la mínima es 75.

figura 5

Siguiendo la hoja de datos, figura 6, encontramos que a IC = 150 mA y VCE = 10 V; hfe esta entre 100 mínimo y 300 máximo, IC a 150 mA es suficiente, siempre se recomienda escoger el hfe mas pequeño para asegurarse que el transistor se sature, pero en la práctica a veces no es conveniente.
Encontremos Ib para los tres valores de hfe 75, 100 y 300 ; Ib= Ic/hfe:

• Ib(75)= 43mA/75 = 573uA.
• Ib(100)= 43mA/100 = 430uA.
• Ib(300)= 43mA/300= 143uA.

Ahora calculemos los tres posibles valores de Rb; Rb= Vb/Ib, el voltaje de base dijimos que iba a ser +12 voltios donde se quería que el transistor entrará a saturación

• Rb(75)= 12/573uA = 20.94 Kohms.
• Rb(100)= 12/430uA = 27.9 Kohms.
• Rb(300)= 12/143uA = 83.9 Kohms.

Con un potenciómetro de 100Kohms (resistencia variable de 0 a 100Kohms) veremos que resistencia nos conviene más. Resultado de las pruebas:

• Con Rb=20.94Kohms el relé se activaba a los 4.12 voltios no a los +12 voltios.
• Con Rb=27.9Kohms el relé se activaba a los 5.34voltios no a los +12 voltios.
• Con Rb=83.9Kohms el relé no se activó aunque llegue a los +12 voltios.

Eso quiere decir que hay un valor entre 27.9 K y 83.9K que hará que el transistor se sature exactamente en 12 voltios y el relé se active, para saber ese valor debemos colocar el potenciómetro en su máximo valor y con los 12 voltios en la resistencia de base ir reduciendo lentamente el potenciómetro hasta que se cierre el relé y medir el valor al que quedo el potenciómetro, habiendo hecho la prueba quedo que el relé se cerrara justo en 12 voltios cuando la Rb sea de 77.8 Kohms, solo por curiosidad se puede calcular con que hfe daba ese valor de resistencia y se obtuvo: hfe = Ic/(Vb/Rb) = 278, el circuito ya esta listo, valores menores que 12 voltios hacen que el transistor este en corte y el relé no se cierre.

NOTA: ese diodo en paralelo con la bobina del rele en el circuito digital y en este se utiliza como proteccion para la compuerta o el transistor, como se sabe una bobina no permite cambios bruscos de corriente, cuando el transistor o la compuerta han activado a la bobina y subitamente la desactivan, la bobina induce voltaje con la direccion de Vcc al transistor o compuerta, y si este voltaje excede los niveles maximos que soporta el transistor o la compuerta los dañará, por eso se pone el diodo de esa forma, cuando se activa la bobina el diodo no conduce esta en circuito abierto y no hay problema, cuando se desactiva la bobina y se genera el voltaje, el diodo se polariza en directa y conduce. La corriente a tráves de la bobina cuando se encendio continua a tráves del diodo , eliminando el cambio brusco de corriente y claro por causa de la resistencia de la bobina y la del diodo el nivel de voltaje de la bobina decaera a cero y el sistema se apagará