Transistores y resistencias

La resistencia

Las resistencias son componentes que se utilizan para limitar el flujo de corriente en un circuito eléctrico. Ofrecen oposición al paso de la corriente y se usan para controlar la cantidad que circula por un componente o por una parte específica del circuito.

Son uno de los componentes más comunes y fundamentales de la electrónica, y también uno de los más económicos. Su valor se mide en ohms (Ω) y casi nunca se encuentra un valor redondo: las resistencias se fabrican en series normalizadas, con valores como 220 Ω, 330 Ω, 1 kΩ o 4,7 kΩ.

Múltiplos que vas a ver todo el tiempo

El código de colores

Las resistencias son tan pequeñas que no hay lugar para escribir su valor encima. Por eso se usan anillos de colores: cada color representa un número, y leyéndolos de izquierda a derecha se obtiene el valor.

La mayoría de las que vas a usar tienen cuatro anillos: los dos primeros son las cifras, el tercero es el multiplicador (la cantidad de ceros) y el cuarto indica la tolerancia, es decir, cuánto puede desviarse el valor real del valor nominal.

Cuando no estás seguro de un valor, lo más rápido y confiable es medirla con el multímetro en la función de ohmios. El código de colores sirve para identificarlas a simple vista, pero el multímetro no se equivoca.

Resistencias en serie y en paralelo

Cuando hay más de una resistencia en un circuito, se pueden reemplazar por una sola resistencia equivalente. La forma de calcularla depende de cómo estén conectadas:

En el caso particular de dos resistencias en paralelo, hay un atajo muy usado que evita trabajar con fracciones:

R_eq = R₁ × R₂R₁ + R₂

El transistor

El transistor es el componente que cambió la historia de la electrónica. Su función es exactamente la de un interruptor o un amplificador controlado por electricidad: con una señal muy pequeña aplicada en una de sus patas, se controla el paso de una corriente mucho mayor entre las otras dos.

Eso es lo que lo hace tan útil en robótica: el microcontrolador entrega unos pocos miliamperes, y sin embargo puede manejar un motor, un relé o una tira de LEDs que consumen cientos de veces más.

El transistor bipolar tiene tres terminales:

• Base (B): es el terminal de control. Por aquí entra la señal pequeña que decide si el transistor conduce o no.
• Colector (C): es por donde entra la corriente que se quiere controlar.
• Emisor (E): es por donde sale esa corriente, normalmente hacia la masa.

Hay dos familias según cómo estén construidos y de qué manera circula la corriente:

• NPN: conduce cuando se le aplica una tensión positiva en la base respecto del emisor. La corriente va del colector al emisor, y la flecha del símbolo apunta hacia afuera. Es el más usado.
• PNP: conduce cuando se le aplica una tensión negativa en la base respecto del emisor. La corriente va del emisor al colector, y la flecha apunta hacia adentro.

Los más comunes en los proyectos escolares son el BC547 (NPN, para corrientes chicas) y el BC557 (PNP). Para corrientes más grandes se usa el TIP120 o directamente un módulo con relé.

El transistor como interruptor

Esta es la aplicación práctica más importante para robótica. El objetivo es que un pin de Arduino, que solo puede entregar unos 20 mA, sea capaz de encender un motor que necesita 300 mA o más.

La solución se ve en el esquema: el pin ataca la base a través de una resistencia, el motor se conecta entre la alimentación y el colector, y el emisor va a masa.

Cómo funciona, en palabras simples:

1. El pin de Arduino entrega una tensión de 5 V (un 1 lógico) a través de la resistencia.
2. Esa corriente entra por la base y hace que el transistor se abra: ahora puede circular corriente entre el colector y el emisor.
3. Como el colector está conectado al motor y el emisor a masa, se cierra el camino y el motor gira.
4. Cuando el pin entrega 0 V, el transistor se cierra y el motor se detiene.

Cálculo de la resistencia para un LED

Este es el cálculo que vas a hacer en casi todos los trabajos prácticos, así que conviene dominarlo. La idea es simple: la resistencia se queda con la tensión que sobra, y limita la corriente a un valor seguro.

R = V_fuente − V_LEDI

• V_fuente: la tensión de alimentación. Con Arduino, 5 V.
• V_LED: la tensión que necesita el LED. Para un LED rojo común, unos 2 V; para uno azul o blanco, unos 3,2 V.
• I: la corriente que queremos que circule. Lo habitual es 0,02 A (20 mA), que es el máximo típico de un LED común. Conviene usar un poco menos, por ejemplo 0,015 A, para que dure más y no encandile.

Ejemplo paso a paso

LED rojo de 2 V, alimentado con 5 V y limitado a 20 mA:

R = 5 V − 2 V0,02 A = 3 V0,02 A = 150 Ω

Nos da 150 Ω, que no es un valor comercial, así que se usa el inmediatamente superior de la serie normalizada: 220 Ω. La corriente real será un poco menor, y el LED va a brillar casi igual.

Este cálculo también explica algo que a veces se hace mal: si se pone una resistencia mucho más grande (por ejemplo 10 kΩ), el LED va a encender apenas, muy tenue. La resistencia no es para "bajar el voltaje", es para controlar la corriente.

Resumen