¿Qué es un transistor y para qué sirve?
Un transistor es un componente semiconductor que permite controlar una corriente grande con una corriente pequeña. Por eso sirve para dos cosas: como interruptor electrónico (encender un motor o un relé desde un Arduino) y como amplificador de señales. Es la pieza básica de toda la electrónica moderna: un procesador contiene miles de millones.
Partes de un transistor: base, colector y emisor
El transistor más común para empezar es el BJT o transistor bipolar, ese bichito negro de tres patas con forma de media luna. Sus tres terminales son:
- Base (B): el terminal de control. Una corriente pequeña aquí decide si el transistor conduce o no.
- Colector (C): por donde entra la corriente principal, la de la carga que quieres controlar.
- Emisor (E): por donde sale todo, la corriente de la carga más la de la base.
Un aviso importante: el orden de las patillas cambia según el modelo. Un 2N2222 en encapsulado TO-92 es E-B-C mirándolo de frente, mientras que un BC547 es C-B-E. Son dos transistores que parecen idénticos y llevan las patas justo al revés, así que mira siempre el datasheet antes de montar nada.
Transistor NPN y PNP: diferencias
Hay dos variantes de BJT según cómo estén ordenadas las capas de silicio dentro. Funcionan igual, pero con las polaridades invertidas:
| Tipo | Flecha del símbolo | Cómo se activa | Uso típico |
|---|---|---|---|
| NPN | Hacia fuera | Con tensión positiva en la base. | Entre la carga y masa («low side»). El más usado para empezar. |
| PNP | Hacia dentro | Llevando la base por debajo del emisor. | Entre la alimentación y la carga («high side»). |
Si estás empezando, quédate con el NPN: se controla directamente desde un pin de microcontrolador poniéndolo a nivel alto, y es lo que vas a encontrar en el 90% de los ejemplos y tutoriales.
Cómo funciona: corriente de base y ganancia (hFE)
La relación clave de un BJT es que la corriente de colector es proporcional a la de base, multiplicada por la ganancia de corriente del transistor, que se llama hFE (o β):
Ic = hFE · Ib
Con una hFE de 100, 1 mA por la base permite que pasen hasta 100 mA por el colector. Pero ojo: esa fórmula solo describe una de las tres formas de trabajar del transistor.
| Modo | Qué ocurre | Equivale a |
|---|---|---|
| Corte | Ib = 0, no pasa corriente por el colector. | Interruptor abierto. |
| Activa | Ic es proporcional a Ib (Ic = hFE · Ib). | Amplificador. |
| Saturación | Conduce al máximo, Vce ≈ 0,2 V. | Interruptor cerrado. |
Una forma sencilla de entenderlo: el grifo de la ducha
A mí me lo aclaró pensar en el grifo de la ducha: con un giro pequeño de muñeca controlas todo el caudal de agua. La base es la maneta y el colector-emisor es la tubería. Cerrado del todo es el corte, abierto del todo es la saturación… y a medias es la zona activa, que para un interruptor es justo donde no quieres quedarte, porque ahí el transistor se calienta.
El transistor como interruptor: cómo calcular la resistencia de base
Para usar un transistor como interruptor hay que llevarlo a saturación, y eso significa darle a la base bastante más corriente de la que dice la teoría. El procedimiento es siempre el mismo:
- Calcula la Ib mínima: Ib mín = Ic / hFE mín. Usa siempre la hFE mínima del datasheet, nunca la típica: la típica es un valor de laboratorio y la real de tu unidad puede ser bastante peor.
- Multiplica por un factor de saturación de ×5 a ×10. Así aseguras la saturación aunque la ganancia real sea más baja o cambie con la temperatura.
- Aplica la Ley de Ohm a la base: Rb = (V control − Vbe) / Ib, con Vbe ≈ 0,7 V. No hay magia aquí, es exactamente la misma Ley de Ohm de siempre, aplicada al tramo entre el pin y la base.
- Redondea hacia abajo al valor comercial. Una resistencia menor da más corriente de base, y más corriente de base significa una saturación más segura.
- Comprueba el pin. La Ib resultante tiene que estar dentro de lo que puede dar tu microcontrolador: en un Arduino UNO, 20 mA por pin como máximo recomendado.
Calcula la resistencia de base de tu transistor
Elige tu tensión de control, la corriente de la carga y el transistor, y obtén la resistencia de base comercial con todas las comprobaciones hechas:
Calculadora de Resistencia de Base de un Transistor
Calcula la resistencia de base que necesitas para saturar un transistor NPN y usarlo como interruptor.
Si conoces la resistencia de la carga, Ic ≈ (Vcarga − 0,2) / Rcarga.
Valores conservadores orientativos; comprueba la hFE mínima de tu datasheet a tu corriente de trabajo.
×5 es lo habitual; sube a ×10 si quieres un margen extra.
Resistencia de base comercial (E12)
1,2 kΩ
Rb = (V control − Vbe) / Ib = 1,229 kΩ → se redondea hacia abajo a 1,2 kΩ
- Ib mínima (Ic / hFE mín)
- 0,7 mA
- Ib de diseño (×5)
- 3,5 mA
- Ib real con la Rb comercial
- 3,583 mA
- Potencia en el transistor saturado
- 14 mW
Potencia estimada como P ≈ 0,2 V × Ic, usando la caída típica de un transistor saturado.
Ejemplos resueltos
1. Un relé de 5 V desde un Arduino. La bobina del relé tiene 70 Ω, así que la corriente que va a pasar por el colector es Ic ≈ (5 − 0,2) / 70 ≈ 69 mA; redondeamos a 70 mA para ir sobrados. Con un 2N2222A (hFE mín = 100): Ib mín = 70 / 100 = 0,7 mA, que multiplicada por 5 da 3,5 mA de diseño. La resistencia sale Rb = (5 − 0,7) / 0,0035 ≈ 1229 Ω → comercial 1,2 kΩ, con la que la corriente real de base es ≈ 3,6 mA, muy por debajo de los 20 mA del pin.
Y no te olvides del diodo de rueda libre en paralelo con la bobina: sin él, el pico de tensión que genera el relé al apagarse se lleva por delante el transistor.
2. El mismo relé desde un ESP32. Aquí el pin da 3,3 V en vez de 5 V, así que la resistencia tiene que ser menor para conseguir la misma corriente de base: Rb = (3,3 − 0,7) / 0,0035 ≈ 743 Ω → comercial 680 Ω, con una Ib real de ≈ 3,8 mA.
Errores comunes con los transistores
- Conectar la base directamente al pin. Sin resistencia, la unión base-emisor es prácticamente un cortocircuito de 0,7 V: te llevas por delante el pin, el transistor o los dos.
- Usar la hFE típica en vez de la mínima. Si la unidad que te ha tocado tiene menos ganancia de la que esperabas, el transistor se queda en zona activa.
- Quedarse en zona activa queriendo un interruptor. Ahí el transistor cae varios voltios y disipa potencia en forma de calor; en saturación solo caen 0,2 V.
- Olvidar el diodo de rueda libre con relés y motores. Cualquier bobina devuelve un pico de tensión al cortar la corriente; ese pico se controla con un diodo en paralelo con la carga.
- Confundir el orden de las patillas entre modelos. Dos transistores del mismo tamaño pueden tener el patillaje invertido.
- No unir las masas. Si la carga se alimenta de otra fuente, el GND del microcontrolador y el de esa fuente tienen que estar conectados entre sí, o el transistor no tiene referencia y no conmuta.
Dónde se usan los transistores
En el mundo del cacharreo, sobre todo para controlar relés, motores y tiras de LED desde un microcontrolador que por sí solo no puede dar esa corriente. Más allá de eso, están en los amplificadores de audio, en las fuentes de alimentación regulando la tensión de salida, formando puertas lógicas y, sobre todo, dentro de todos los chips que usas: procesadores y memorias son literalmente miles de millones de transistores MOSFET grabados en silicio.
Preguntas frecuentes sobre transistores
¿Para qué sirve un transistor?
Para controlar una corriente grande con una pequeña: como interruptor electrónico o como amplificador.
¿Qué diferencia hay entre un transistor NPN y un PNP?
El NPN se activa con tensión positiva en la base y suele ir entre la carga y masa. El PNP se activa bajando la base respecto al emisor y suele ir entre la alimentación y la carga.
¿Cómo sé si un transistor está saturado?
Midiendo entre colector y emisor: en saturación la tensión cae a unos 0,1–0,3 V. Si marca varios voltios, está en zona activa y necesita más corriente de base.
Ejercicio 1
Quieres encender un pequeño motor de 100 mA desde un pin de Arduino (5 V) con un 2N2222A (hFE mín = 100). Usando un factor de saturación ×5, calcula la resistencia de base comercial. ¿Qué otro componente necesitas añadir y por qué?