Probar CircuitLens

Todos los artículos

BJT frente a MOSFET como interruptor: cómo elegir el adecuado en el banco de trabajo

Por qué importa la elección en un banco de trabajo real

La mayoría de los proyectos de aficionado acaban necesitando un microcontrolador para conmutar algo más grande de lo que un pin puede soportar, como la bobina de un relé, un motor, una tira de LED o un elemento calefactor. Tanto un transistor de unión bipolar como un MOSFET pueden hacer ese trabajo, y ambos suelen funcionar a la primera. La diferencia aparece cuando el circuito se calienta, cuando la tensión lógica es baja o cuando la carga es mayor de lo que habías previsto.

Elegir el tipo equivocado rara vez provoca un fallo inmediato. Lo más habitual es un interruptor que apenas se activa, un pin que se calienta demasiado o un transistor que disipa más de lo esperado y necesita un disipador que no debería necesitar. Conocer cómo se excita cada dispositivo te ahorra esa depuración.

Cómo se excita cada dispositivo

Un BJT conduce cuando circula corriente hacia su base. La corriente de colector que puede dejar pasar es, aproximadamente, la corriente de base multiplicada por la ganancia de corriente, que a menudo se especifica como hFE. Esa ganancia varía mucho entre componentes y con la corriente y la temperatura, así que un diseño sensato no depende de una sola cifra de ganancia. En su lugar, sobreexcitas la base para que el transistor sature y la ganancia deje de importar demasiado.

Un MOSFET se controla mediante la tensión de su puerta, que está aislada del canal por una fina capa de óxido. Una vez cargada la puerta, circula muy poca corriente, salvo breves picos de carga durante la conmutación. Por eso un pin de microcontrolador puede encender y apagar un MOSFET directamente. El inconveniente es que la puerta debe excitarse muy por encima del umbral del dispositivo, y los componentes de nivel lógico se especifican para las tensiones que una salida lógica de 3.3 V o 5 V puede producir realmente.

Ejemplo práctico: carga de 100 mA desde un pin de 3.3 V

Supón que quieres conmutar una carga de 12 V que consume 100 mA desde un pin GPIO de 3.3 V. En el caso del BJT, supón que el dispositivo satura con una ganancia forzada de alrededor de 10, lo que es una decisión de diseño conservadora. La corriente de base necesaria es 100 mA dividida entre 10, es decir, 10 mA. La caída base-emisor suele estar en torno a 0.7 V a 0.8 V, así que la resistencia de base ve aproximadamente 3.3 V menos 0.75 V, que son 2.55 V. Al dividir entre 10 mA se obtienen unos 255 ohmios, por lo que una resistencia de 220 ohmios es una elección razonable, que proporciona unos 11.6 mA de excitación de base. Comprueba que tu pin puede suministrar esa corriente, ya que muchos pines de microcontrolador tienen límites en el rango de 10 mA a 25 mA.

Con un BJT a 100 mA, la tensión de saturación suele estar en el rango de 0.1 V a 0.3 V. La potencia en el transistor es de unos 0.2 V por 0.1 A, es decir, 20 mW. La propia excitación de base disipa aproximadamente 0.75 V por 11.6 mA, unos 9 mW, que proceden del pin lógico y no de la alimentación de la carga.

En el caso de un MOSFET de nivel lógico, la puerta apenas consume en régimen permanente, así que una resistencia en serie de puerta de alrededor de 100 ohmios y una resistencia de pull-down de unos 10 k ohmios a masa bastan para que el interruptor funcione correctamente. La resistencia en conducción de muchos componentes de nivel lógico está en las decenas de miliohmios a esta corriente. Incluso con 0.05 ohmios, la pérdida por conducción es 0.1 A al cuadrado por 0.05 ohmios, es decir, 0.5 mW. Verifica la resistencia en conducción con la tensión de puerta que realmente aplicas, ya que las hojas de datos suelen indicarla para 4.5 V o 10 V.

Cuándo elegir cada uno

Elige un MOSFET cuando la carga sea de moderada a grande, cuando quieras poco calor en el interruptor o cuando el pin de excitación tenga una corriente limitada. Los MOSFET de canal N de nivel lógico, con el surtidor conectado a masa y la carga en el lado alto del drenador, son el punto de partida habitual para la conmutación en el lado bajo. Los de canal P resultan cómodos para la conmutación en el lado alto con la puerta llevada a nivel bajo, aunque suelen ser más caros por amperio de capacidad.

Elige un BJT para conmutaciones pequeñas y de poca importancia, donde su sencillez es una ventaja, o cuando el circuito ya dispone de corriente de base sobrante. Un BJT también es una buena opción cuando necesitas una tensión de saturación predecible en lugar de un valor que dependa de la excitación de la puerta. En cualquier caso, verifica el interruptor con un multímetro: mide la tensión en el interruptor cuando está activado y confirma que se aproxima a la caída de saturación o de resistencia en conducción que esperabas.