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Como controlar un relé con un transistor

En este artículo explico en modo detallado como conectar un relé a un circuito electrónico digital a través de un transistor común. Analizaremos la función de cada componente asociado, el cálculo de las resistencias en base a la tensiones de trabajo y a la potencia del relé usado. Para conocer mejor los relés y su funcionamiento aconsejo a loslectores de leer mi guía “Introducción a los relés”.

Circuito simplificado para la conexión de un transistor a un relé
El modo más sencillo para activar un relé con un circuito electrónico de control es a través de un transistor NPN conectado como se ve en la figura. El transistor, conectado de este modo, cierra el circuito poniendo a masa el terminal de la bobina mientras que el otro terminal seencuentra conectado a positivo.
Esta modalidad de conexión (contacto hacia masa) tiene la ventaja de permitir el uso de relés con tensiones de alimentación de la bobina diferentes respecto a la tensión de trabajo del circuito de control como explicaré a lo largo de este artículo. Por ahora les digo que el recuadro en el dibujo representa nuestro hipotético circuito de control. Puede estar hecho concomponentes lógicos discretos o con microcontroladores. Los nombres indicados (TTL, CMOS, LVTTL y LVCMOS) son las siglas que representaban las distintas tecnologías de los circuitos lógicos. A continuación indico las tensiones de trabajo de ellas.
TTL: 5V
CMOS: entre 5V y 15V
LVTTL: 3,3V
LVCMOS: 3,3V, 2,5V o 1,8V
El sistema que analizaremos funciona correctamente con todas las tecnologíascitadas.
Como funciona el circuito

Estado del circuito con tensión de control a 0 volt
El ejemplo ilustrado funciona de este modo: cuando la salida del circuito de control es baja (0V) lo será también la base del transistor (indicada en la figura con la letra b) y por lo tanto este no dejará pasar corriente entre emisor y colector (indicados en la figura como e y c) para activar la bobina delrelé (en la figura, la parte de los contactos del relé la he hecho con color gris porque no es importante para la descripción del funcionamiento. Un análisis detallado sobre los tipos de contactos de los relés y de como usarlos lo pueden ver en mi guía “Introducción a los relés”.

Circulación de corriente en el circuito con tensión de control positiva
Cuando la salida del circuito de control esalta (5V por ejemplo), se supera la tensión de umbral de la base del transistor (0,6V) y por lo tanto, empieza a circular una corriente entre base y masa. Esta corriente lleva el transistor al estado de conducción (entre colector y emisor) cerrando el circuito de la bobina del relé y por lo tanto activándolo.

Diseño que ejemplifica el transistor como si fuese un interruptor a masa controlado
Enrealidad la electricidad es una corriente de electrones que circula desde el negativo hacia positivo como muestro en la figura siguiente pero generalmente se representa como una corriente de positivo a negativo porque es más claro e intuitivo.

Circulación “real” de electrones en el circuito (ver texto)
Para obtener una correcta activación del relé es necesario que el transistor se encuentre“saturado”, es decir, que permita pasar toda la corriente posible como si fuera un simple interruptor cerrado. Para obtener esto, la corriente de la base debe ser suficientemente grande como explicaré cuando calcularemos el valor de la resistencia de base. Solo digo ahora que los transistores no son ideales y un poco de tensión cae entre el colector y el emisor no obstante el estado de saturación. Decualquier manera, en los casos que estamos analizando, los valores son muy pequeños (0,2V por ejemplo) y podemos no considerarla.
Como hemos visto, basta una tensión superior de 0,6V en la base para que el transistor conduzca. Por lo tanto, este circuito puede ser usado con niveles lógicos de control de 12V, 5V, 3,3V, 2,5V y 1,8V.
Como la tensión de control es independiente de la tensión...