Calculadora de resistencia de base para transistor BJT
Qué resistencia va entre el pin y la base para que el transistor sature de verdad. Con el aviso de si tu pin puede dar esa corriente y cuándo hay que pasar a MOSFET o a relé.
Para encender una carga de 20 mA a 5 V con un BC547 desde un pin de 3,3 V, la base necesita 1,818 mA y la resistencia sale 1,43 kΩ. Se baja al valor comercial de abajo, o sea 1,2 kΩ: más corriente de base es lo que asegura la saturación, al revés que en un LED.
La resistencia que va entre el pin y la base
una resistencia, una ampolleta, una celda Peltier chica
Avanzado: medí mi transistor con el multímetro
Resistencia de base
1,2 kΩ
La cuenta pide 1,43 kΩ y la del catálogo que corresponde es la de 1,2 kΩ, SKU GK4-17. Se baja al valor de abajo a propósito: más corriente de base es lo que garantiza la saturación.
Ib necesaria
1,818 mA
Ib real
2,167 mA
Saturación real
11,92 veces
hFE usado
110
Vbe saturación
700 mV
Vce saturación
600 mV
Calor en el transistor
12 mW
Calor en la resistencia
5,633 mW
El BC547 sirve para esto
Con 20 mA de carga y 3,3 V en el pin, el BC547 satura con holgura y la resistencia le pide solo 2,167 mA al pin. Queda dentro de sus límites de corriente, de tensión y de disipación.
Lo que hay que comprar
hFE, Vbe de saturación y Vce de saturación son los del tramo que corresponde a la corriente que escribiste arriba: los tres cambian con la corriente y por eso la tabla se mueve.
La de 1,5 kΩ deja la saturación en 9,533 veces. Sobre 5 el transistor sigue saturado.
Los ocho NPN, uno al lado del otro
| Modelo | SKU | Ic máx | Vceo | hFE | Vbe sat | Vce sat | Ib para tu carga |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| BC547 | GA2-8 | 100 mA | 45 V | 110 | 700 mV | 600 mV | 1,818 mA |
| BC548 | GI3-1 | 100 mA | 30 V | 110 | 700 mV | 600 mV | 1,818 mA |
| 2N3904 | GK2-3 | 200 mA | 40 V | 100 | 950 mV | 300 mV | 2 mA |
| 2N2222 | GA4-6 | 600 mA | 40 V | 75 | 1,2 V | 300 mV | 2,667 mA |
| BC337 | GA4-3 | 800 mA | 45 V | 100 | 900 mV | 250 mV | 2 mA |
| BD135 | GA2-3 | 1,5 A | 45 V | 40 | 1 V | 500 mV | 5 mA |
| TIP31C | GA5-7 | 3 A | 80 V | 25 | 1,8 V | 1,2 V | 8 mA |
| TIP120 | GA5-10 | 5 A | 60 V | 1000 | 2,5 V | 2 V | 200 µA |
Los números salen de los datasheet de onsemi y ST, siempre por el lado conservador: el hFE por su mínimo y la Vbe de saturación por su máximo.
Esa resistencia la tenemos: SKU GK4-17, $100, con 61 en bodega. El BC547 también: SKU GA2-8, $200, con 178 en bodega. Cambia los valores de abajo y el resultado se actualiza al instante, con el aviso de si tu pin puede dar esa corriente de base.
Cómo se satura un transistor
Cómo se calcula la resistencia de base de un transistor
Un transistor BJT no se maneja con tensión: se maneja con corriente de base. Esa es toda la diferencia con un MOSFET y es la razón de que exista esta resistencia. El pin del microcontrolador entrega tensión, la unión base emisor se come una parte fija, y la resistencia convierte lo que sobra en la corriente exacta que el transistor necesita para saturar.
Ib = k · Ic / hFE
Rb = (Vpin menos Vbe) / Ib
Ic es lo que consume la carga, hFE es la ganancia del datasheet y k es el factor de sobresaturación, que en la mesa de trabajo es 10. Vbe es lo que se come la unión base emisor, entre 0,7 V y 2,5 V según el transistor y la corriente. Todo lo demás es dividir.
El error que se repite en todo el rubro: redondear hacia arriba
El cálculo casi nunca da un valor que exista. Con 1430 Ω calculados hay que elegir entre 1,2 kΩ y 1,5 kΩ, y acá se baja, nunca se sube. Bajar la resistencia sube la corriente de base, y más corriente de base es exactamente lo que garantiza la saturación.
Es el revés de la resistencia de un LED, donde bajar el valor deja pasar más corriente por el LED y lo quema. Mucha gente arrastra esa costumbre de un cálculo al otro y termina con un transistor que conduce a medias. La calculadora de arriba redondea hacia abajo y además te muestra el valor de arriba, por si es el que tienes en el cajón: en ese caso te dice cuánta saturación pierdes.
Qué se ve cuando el transistor no satura
- El transistor se calienta aunque la carga sea chica: sobre él quedan uno o dos volt en vez de décimas.
- La carga recibe menos: el LED alumbra menos, el motor tiene menos fuerza, el relé a veces engancha y a veces no.
- Con calor, la ganancia se corre y el efecto empeora mientras funciona, que es lo que hace que el circuito ande en la mesa y falle a la media hora.
Por qué se multiplica por 10 y no se usa la cuenta del libro
La cuenta del libro es Ib = Ic / hFE y sirve para la zona activa, que es justo donde NO queremos trabajar. Para saturar hace falta bastante más base, y hay tres razones concretas:
- El hFE del datasheet se mide en zona activa. En saturación la ganancia efectiva cae, muchas veces a la décima parte.
- El hFE varía enormemente entre unidades: dos BC547 de la misma bolsa pueden diferir en tres veces. El datasheet de onsemi da rangos de 110 a 800 para la misma familia.
- La ganancia baja con la temperatura y con la corriente. El transistor que satura frío puede no saturar caliente.
Por eso se multiplica por un factor de sobresaturación: 10 es el número de la práctica, 5 es el mínimo razonable y 20 es lo que se usa cuando el circuito tiene que ser a prueba de todo. Bajo 2 el transistor derechamente no satura y la calculadora lo marca en rojo.
El límite que casi nadie mira: lo que entrega el pin
La corriente de base sale del pin del microcontrolador, y un pin tiene techo. Un ESP32 recomienda 20 mA por pin, un ESP8266 12 mA, un Arduino UNO 20 mA y una Raspberry Pi 16 mA. Cuando la cuenta pide más que eso, la respuesta correcta NO es cambiar la resistencia: es cambiar de componente.
La regla rápida: un BJT chico manejado directo desde un pin rinde bien hasta unos 100 mA de carga. Entre 100 mA y medio ampere el camino son un Darlington o un ULN2003. Sobre medio ampere, un MOSFET de nivel lógico o un módulo de relé, siempre.
La diferencia entre un BJT y un MOSFET, en una línea
Un BJT se maneja con corriente y esa corriente la paga el pin. Un MOSFET de nivel lógico se maneja con tensión y en continua casi no consume nada del pin. Por eso a partir de cierta carga el MOSFET no es una alternativa: es la respuesta. Ojo con un detalle que casi nadie aclara en las tiendas: los MOSFET clásicos tipo IRFZ44 o IRF540N no son de nivel lógico y necesitan 10 V en la compuerta para conducir bien. Con 3,3 V quedan a medio encender y se cocinan.
El diodo de rueda libre no es opcional
Si la carga es una bobina (relé, solenoide, electroválvula, motor), el diodo en antiparalelo es parte del circuito. Al cortar la corriente, la bobina devuelve la energía de su campo magnético como un pico inverso de cientos de volt que perfora la unión del transistor.
Va con la banda hacia el lado positivo de la bobina, o sea en contra de la corriente normal, para que solo conduzca el pico. Un 1N4007 cubre cualquier relé de proyecto. Sin el diodo el transistor se muere: a veces al primer corte y a veces al mes.
Cinco casos resueltos
| Qué estás encendiendo | Con qué | La cuenta | Resultado |
|---|---|---|---|
| LED de potencia de 20 mA desde un ESP32 | BC547 con 5 V en la carga | Ib = 10 · 0,02 / 110 = 1,82 mA · Rb = 2,6 / 0,00182 | 1430 Ω calculados, va la de 1,2 kΩ |
| Bobina de relé de 12 V y 30 mA desde un ESP32 | BC547 con 12 V en la carga | Ib = 10 · 0,03 / 110 = 2,73 mA · Rb = 2,6 / 0,00273 | 953 Ω calculados, va la de 750 Ω más el diodo |
| Bobina de relé de 5 V y 70 mA desde un Arduino UNO | 2N2222 con 5 V en la carga | Ib = 10 · 0,07 / 75 = 9,33 mA · Rb = 3,8 / 0,00933 | 407 Ω calculados, va la de 390 Ω |
| Motor chico de 200 mA desde un ESP32 | 2N2222 con 12 V en la carga | Ib = 10 · 0,2 / 40 = 50 mA · Rb = 1,3 / 0,05 | 26 Ω, pero el pin tendría que dar 59 mA: no se hace así |
| Tira de LED de 400 mA desde un ESP32 | 2N2222 con 12 V en la carga | Ib = 10 · 0,4 / 40 = 100 mA · Rb = 1,3 / 0,1 | 13 Ω y 130 mA de base: acá va MOSFET o relé |
Los transistores NPN que vendemos y hasta dónde llega cada uno
Los ocho son NPN y sirven como interruptor de lado bajo, o sea con la carga entre la fuente y el colector y el emisor a tierra. Los valores de hFE y de Vbe de saturación cambian con la corriente: la tabla muestra el primer tramo de cada datasheet y la calculadora usa el que corresponda.
| Modelo | SKU | Aguanta | Para qué sirve |
|---|---|---|---|
| BC547 | GA2-8 | 100 mA y 45 V | El NPN de uso general de toda la vida. Barato y de sobra para LED, buzzer y relés chicos. |
| BC548 | GI3-1 | 100 mA y 30 V | Idéntico al BC547 salvo en la tensión: aguanta 30 V en vez de 45 V. |
| 2N3904 | GK2-3 | 200 mA y 40 V | El primo americano del BC547. Llega a 200 mA y su datasheet solo especifica la saturación hasta 50 mA. |
| 2N2222 | GA4-6 | 600 mA y 40 V | El salto natural cuando el BC547 se queda corto. Ojo con la Vbe de saturación: sobre 150 mA pide 2 V y un pin de 1,8 V ya no lo enciende. |
| BC337 | GA4-3 | 800 mA y 45 V | 800 mA en un TO92. Es el más corriente de los chicos, pero a esa corriente el pin ya no alcanza a darle base. |
| BD135 | GA2-3 | 1,5 A y 45 V | Media potencia con lengüeta para disipador. Sin disipador aguanta 1,25 W y no más. |
| TIP31C | GA5-7 | 3 A y 80 V | 3 A y 100 V, pero con hFE de 25: para saturarlo a 1 A hay que meterle cientos de miliampere en la base y eso no sale de un pin. |
| TIP120 | GA5-10 | 5 A y 60 V | Darlington: hFE de 1000, así que con pocos miliampere de base mueve amperes. Se paga con 2 V de caída, que a 1 A son 2 W de calor y disipador obligatorio. |
Los cinco errores que más vemos
- Conectar la carga al pin sin transistor. Un relé de 70 mA conectado directo al pin de un ESP32 le pide más del triple de lo que entrega. A veces funciona un rato y esa es la peor parte.
- Usar la tensión del microcontrolador como Vcc de la carga. Son dos cosas distintas: un relé de 12 V va con 12 V en el colector aunque lo mande un pin de 3,3 V. Lo único que tienen que compartir es la tierra.
- Olvidar la tierra común. Si la fuente de la carga y el microcontrolador no comparten el negativo, la corriente de base no tiene por dónde volver y el transistor no enciende nunca.
- Poner el LED sin su propia resistencia. El transistor es solo un interruptor y no limita nada: el LED necesita igual su resistencia en el colector.
- Calcular con el hFE máximo del datasheet. El que sirve es el mínimo. Con el máximo la cuenta da una resistencia enorme y el transistor no satura.
Cuando al otro lado hay 220V
Si el relé que estás activando conmuta la red domiciliaria, todo el lado de 220V queda fuera del alcance de esta calculadora. En Chile eso se rige por la NCh Elec. 4/2003 y hay tres reglas que no se saltan: se trabaja con el circuito desenergizado y el automático abajo, el 220V no pasa por una protoboard ni por cables dupont, y la separación entre el lado de baja tensión y el de red se respeta según lo que declare el módulo de relé.
Si no tienes esto claro, la instalación la hace un instalador autorizado SEC.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula la resistencia de base de un transistor?
En dos pasos. Primero la corriente de base: Ib = k · Ic / hFE, donde Ic es lo que consume la carga, hFE es la ganancia del datasheet y k es el factor de sobresaturación, que en la práctica es 10. Después la resistencia: Rb = (Vpin menos Vbe) / Ib. Con un BC547 encendiendo 20 mA desde un pin de 3,3 V queda Ib = 10 · 0,02 / 110 = 1,82 mA y Rb = (3,3 menos 0,7) / 0,00182 = 1430 Ω, así que va la de 1,2 kΩ.
¿Qué resistencia de base le pongo a un BC547 con Arduino?
Con un Arduino UNO el pin entrega 5 V, así que sobran 4,3 V después de la unión base emisor. Para una carga de 20 mA con factor 10 la base necesita 1,82 mA y la cuenta pide 2365 Ω: la que va es la de 2,2 kΩ. Si la carga es de 50 mA la base pide 4,55 mA y la resistencia baja a 940 Ω, o sea la de 750 Ω del catálogo. El valor cambia con la corriente de la carga, no con el transistor solamente.
¿Por qué la resistencia de base se redondea hacia abajo y no hacia arriba?
Porque bajar la resistencia sube la corriente de base, y más corriente de base es exactamente lo que garantiza la saturación. Es el revés de la resistencia de un LED, donde bajarla deja pasar más corriente y quema el LED. Si el cálculo pide 1430 Ω y montas 1,5 kΩ, entra menos base de la que calculaste y el transistor puede quedarse en zona activa: se calienta, cae tensión sobre él y la carga recibe menos.
¿Cuánta corriente aguanta un 2N2222 y cuándo se queda corto?
600 mA de colector y 40 V, pero el límite real llega mucho antes: sobre 150 mA su ganancia baja a 40 y su Vbe de saturación sube a 2 V. A 200 mA la base pide 50 mA y ningún pin de microcontrolador entrega eso, porque un ESP32 recomienda 20 mA y un Arduino UNO también. El 2N2222 rinde bien hasta unos 100 mA manejado directo desde un pin; de ahí para arriba va un Darlington, un MOSFET de nivel lógico o un módulo de relé.
¿Cuándo conviene un MOSFET en vez de un transistor BJT?
Cuando la corriente de base necesaria pasa de lo que entrega el pin, o cuando el calor sobre el transistor deja de ser razonable. Un BJT se maneja con CORRIENTE y esa corriente sale del pin del microcontrolador; un MOSFET se maneja con TENSIÓN y prácticamente no le pide nada al pin. Desde medio ampere para arriba el MOSFET de nivel lógico gana siempre: donde un Darlington deja 2 V de caída y calienta, un MOSFET deja centésimas de volt.
¿Necesito un diodo para manejar un relé con un transistor?
Sí, y no es opcional. La bobina del relé guarda energía en su campo magnético, y al cortar la corriente esa energía sale como un pico inverso de cientos de volt que perfora la unión del transistor. El diodo de rueda libre va en antiparalelo con la bobina, con la banda hacia el lado positivo, y le da un camino a esa corriente. Un 1N4007 sirve para cualquier relé de proyecto. Sin diodo el transistor se muere, a veces al primer corte y a veces al mes.
¿Qué pasa si pongo una resistencia de base muy grande?
El transistor conduce, pero no satura: trabaja en zona activa. Sobre él quedan uno o dos volt en vez de las décimas de la saturación, la carga recibe menos tensión de la que esperas y todo ese producto de tensión por corriente se convierte en calor dentro del transistor. En un LED se nota como menos brillo, en un motor como menos fuerza y en un relé como que a veces engancha y a veces no.
Dónde la usamos
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