Multivibrador astable con transistores PNP y LED bicolor

2N3906

El 2N3906 es un transistor bipolar PNP de propósito general, la contrapartida clásica del 2N3904. Comparte el mismo encapsulado TO-92 y la misma disposición de patillas, pero al ser PNP funciona “al revés”: el emisor va arriba (al positivo de la alimentación) y para encenderlo hay que tirar la base hacia abajo en vez de subirla.

En este circuito usamos dos transistores iguales (Q1 y Q2) conectados cruzados. Cualquier otro PNP pequeño (BC557, 2N2907…) hace el mismo papel.

Cómo funciona el circuito

El circuito es un multivibrador astable: no se detiene nunca. Los dos transistores PNP se turnan encendiéndose y apagándose, y en cada conmutación cambian qué mitad del LED bicolor de cátodo común queda alimentada. El resultado es un LED que parpadea alternando rojo y verde.

Un solo LED, dos colores. D1 es un LED de dos chips en el mismo encapsulado, con los ánodos separados y el cátodo unido a masa. Rc1 alimenta el ánodo rojo desde el colector de Q1, y Rc2 alimenta el ánodo verde desde el colector de Q2. Como sólo un transistor está encendido a la vez, sólo se ve un color a la vez.

La clave está en el cruce. Como en cualquier astable, el colector de Q1 va, a través del condensador C1, a la base de Q2; y el colector de Q2 va a la base de Q1 por C2. Cada transistor “vigila” al otro.

Cómo se turnan. Imagina que en un instante Q1 acaba de encenderse:

1. Q1 conduce entre emisor y colector, así que su colector sube casi hasta los 5 V. La corriente pasa por Rc1 y por el chip rojo del LED, que se ilumina.
2. Esa subida brusca del colector de Q1 se transmite por C1 hasta la base de Q2 y la empuja hacia arriba. En un PNP, subir la base por encima del emisor lo apaga, así que Q2 deja de conducir y el chip verde se apaga.
3. Ahora C1 se descarga poco a poco a través de R2 hacia masa, y la base de Q2 va bajando despacio.
4. Cuando la base de Q2 cae unos 0,7 V por debajo del emisor (la tensión mágica a la que un transistor PNP se enciende), Q2 conmuta de golpe.
5. Al encenderse Q2, hace lo mismo con Q1 pero al revés: lo apaga a través de C2. Los papeles se intercambian y ahora luce el rojo… o el verde, según quién arranque cada ciclo.

Este proceso se repite indefinidamente y el LED bicolor va alternando colores.

¿Y quién arranca la fiesta? En teoría los dos transistores están en equilibrio y ninguno debería encender primero. En la práctica no hay dos transistores exactamente iguales: uno conduce una milésima antes que el otro, y eso basta para que el circuito arranque solo al conectar la alimentación.

Diseño de aplicación

Velocidad del parpadeo

Igual que en la versión NPN, lo que marca la velocidad es el tiempo que tarda cada condensador (C1 o C2) en descargarse a través de su resistencia asociada (R2 o R1). A mayor R o mayor C, más lento el parpadeo. La fórmula es:

$$f \approx \frac{1}{1{,}4 \cdot R \cdot C}$$

Con los valores del esquema ($R = 100\,\text{k}\Omega$ y $C = 100\,\mu\text{F}$):

$$f \approx \frac{1}{1{,}4 \cdot 100\,000 \cdot 0{,}0001} \approx 0{,}07\,\text{Hz}$$

Es decir, un ciclo completo cada 14 segundos: unos 7 segundos de rojo, otros 7 segundos de verde. Un ritmo pausado, muy cómodo para usar el circuito como aviso visual sin resultar molesto.

Puede sorprender que $R \cdot C$ dé un tiempo tan largo cuando “sólo” hay que llegar a 0,7 V. La clave es que el condensador no parte de 0 V: en cada conmutación su tensión salta a casi $-V_{CC}$ y desde ahí tiene que subir hasta cruzar los 0,7 V. Es ese recorrido completo el que produce el conocido factor $\ln 2 \approx 0{,}7$ de la fórmula.

Cambiar la velocidad

Para acelerar o ralentizar el parpadeo, cambia R o C en las dos ramas a la vez (para que sigan siendo iguales):

• Con $C = 10\,\mu\text{F}$ el ciclo dura algo más de un segundo, un parpadeo bien visible.
• Con $C = 1\,\mu\text{F}$ el LED cambia de color unas 7 veces por segundo, próximo al límite en el que el ojo empieza a mezclar los dos colores en un tono amarillento.

Ánodo rojo y ánodo verde distintos

En un LED bicolor típico los chips rojo y verde no tienen la misma tensión directa ($V_F$) ni el mismo brillo a igualdad de corriente. Con los 4,7 kΩ de Rc1 y Rc2 la corriente queda en torno a $(5 - V_F)/4{,}7\,\text{k}\Omega \approx 0{,}7\text{–}0{,}9\,\text{mA}$ por rama, un valor suave, pensado para verlo bien sin que un chip domine al otro.

Si un color se ve claramente más apagado que el otro, ajusta su Rc por separado (bajarla sube el brillo). No hace falta que Rc1 y Rc2 sean iguales: sólo Rc1 fija la corriente del rojo y sólo Rc2 fija la del verde.

Alimentación

La alimentación pensada para este montaje son 5 V. Con más tensión el circuito sigue funcionando, pero hay que recordar dos cosas: añadir un diodo de protección entre base y emisor de cada transistor (el 2N3906 no aguanta más de 5 V al revés en esa unión, y en cada conmutación la base sube aproximadamente $+V_{CC}$ respecto al emisor), y recalcular Rc1 y Rc2 para no pasarse de corriente por los chips del LED bicolor.

Otras aplicaciones

El astable con PNP y LED bicolor es un clásico que sigue teniendo su sitio:

• Aviso visual doble estado. Un LED que va rojo/verde llama más la atención que uno que sólo parpadea, y ocupa un solo hueco en el panel.
• Simulador de “vida”. En maquetas de trenes, robots de juguete o disfraces, el cambio de color continuo sugiere que “algo está pasando” dentro del aparato.
• Reloj lento. Como fuente de pulsos para contadores digitales cuando no importa la precisión.
• Generador de onda cuadrada casero. El colector de cualquiera de los dos transistores da una onda cuadrada limpia entre 0 V y 5 V.
• Circuito para aprender. Es de los mejores ejemplos para entender cómo se enciende y se apaga un transistor PNP y cómo se acopla por condensador la señal de un colector a la base contraria.