polarizacion BJT
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Documento teórico con ejercicios resueltos de como polarizar el Transistor BJT, y aplicaciones....
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Polarización del BJT. BJT. Modos de polarizar un transistor bipolar. • Polarización fija o de base • Polarización por retroalimentación del emisor. • Polarización por retroalimentación del colector. • Polarización por divisor de tensión. Se analizaran cada una de las técnicas de polarización antes mencionadas con la intención de que se utilice la mas adecuada para alguna aplicación en particular, las cuales puedan ser, el transistor como interruptor, transistor como fuente de corriente, estabilidad del punto de operación en un amplificador, etc.
INTRODUCCION. Como el transistor es considerado una fuente de corriente dependiente de la corriente de base, podemos deducir que la malla de base es la que polariza al transistor para obtener ciertas características de corriente voltaje en la malla de salida, que es donde se obtiene la amplificación.
POLARIZACIÓN FIJA.
RC
RC
R B
R B V CC
i B
Análisis en la malla de base: V CC
= RB iB + vBE V − vBE i B = CC
VCC
R B
R B
!ecta de polarización.
"sta ecuación representa una recta que en intersección nos proporciona la corriente de base la tensión base#emisor de operación.
I BQ
v BE V CC vBEQ
$
Como la variable a controlar es la corriente de colector esta a su vez depende de la corriente de base V − v BE ic = β CC R B %e esta ecuación puede notarse que la corriente de colector variara para el mismo dise&o debido a la gran variación de β para un transistor, a'n
vCE = Saturación V CC = i C R C V CC RC
trat(ndose del mismo tipo.
Análisis en la malla de colector: VCC iC
=
I CQ Q
= RC iC + vCE VCC − vCE RC
) esta ecuación se le conoce como recta de carga en C.%. sobre la que se encuentra el punto de operación. Con dos puntos conocidos dic*a recta puede trazarse, estos puntos son+
V CC V CEQ
"l punto de operación depende de los par(metros que intervienen en la malla de base.
iC = , vCE = V CC
Corte
Ejemplos: $. -n transistor tiene una β típica de $, encontrar los valores adecuados de resistencias para la siguiente condición de polarización+
VCC = $V I CQ
= /mA
=0 RC = 0 R B
R B
RC
Punto de operación igual a la mitad de la recta de carga. Solución+ I CQ
= β
VCC
− vBE
R B
R B
= β
VCC − vBE I CQ
R B
= 2$,,3
$V
− ,.1V
vCEQ
/mA
=
I CQ =
R B = 4.5 K Ω
RC = Como el punto 6 debe estar situado a la mitad de la recta de carga, entonces+
RC
V CC
= 7V
VCC − vCEQ RC
VCC − vCEQ I CQ
= $.5K Ω
. Si el circuito del ejemplo $, se pretende fabricar en gran escala dado que el transistor utilizado puede tener una β mínima de 7 una m(8ima de $4 determine la m(8ima variación que e8perimentara el punto de operación. Solución+
− vBE
VCC
I Q ma8
= β ma8
I Q ma8
= 2$4,3
I Q ma8
= 1.mA
R B
./mA ≤ I CQ ≤ 1.mA "s decir+ "sto corresponde a una gran variación del punto de operación con respecto al valor nominal proporcionado en el dise&o 2 /mA 3.
− ,.1V 4.5 K Ω
$V
) esta corriente le corresponde un vCE min = VCC − I CQ ma8 RC
VCC
I CQ min
= β min
I CQ min
= ./mA
vCEQ min
.
"sto puede observarse en forma grafica+
Qma8 1.mA
= $.V
vCEQ min
∆ ICQ = /.4mA
− vBE
R B
Qnom
/mA Qmin
./mA v Correspondiéndole un CEQ ma8 + $V − ./mA2$5,,Ω 3 vCEQ ma8 = vCEQ ma8
= 4./V $.V 4./V
I 9a variación de CQ es+ ∆ I CQ = I ma8 − I Q min
Como el punto de operación es mu inestable, este tipo de polarización se evita si
:
queremos que le transistor funcione como amplificador. Su gran inestabilidad es aprovec*ada para utilizar al transistor como interruptor 2electrónica digital3.
R "sta configuración es C utilizada cuando se quiere controlar al transistor como interruptor. R B
Por ejemplo si el transistor tuviera una
β de o m(s esta produce que el transistor se sature actué como un interruptor cerrado entre colector emisor+ $V − ,.1V I CQ = 2,,3 4.5Ω I CQ
= 4mA
vCEQ
= ,V
POLARIZACIÓN POR RETROALIMENTACION DEL EMISOR.
R B
RC R B
RC
V CC
R E R E
"ste tipo de polarización proporciona maor estabilidad del punto de operación que la polarización fija. "l efecto de la retroalimentación radica en el *ec*o de que si por alguna razón 2incremento en β por I C
R incrementa, entonces el voltaje en E aumenta, lo que a su ves produce decremento en la R I I R tensión de B . Si el voltaje de B disminue entonces B disminue lo cual obliga a que C se I decremente. Se conclue que el incremento original de C queda parcialmente balanceado.
ejemplo3
/
"l razonamiento anterior parece bueno, pero como se demostrar( en los an(lisis respectivos, el circuito no trabaja adecuadamente para valores pr(cticos de resistencia.
Análisis de malla de colector: VCC = RC iC + vCE + RE iE i E ≈ iC VCC ≈ iC 2 RC + RE 3 + vCE iC
=
− vCE RC + RE
R = iE B + RE÷ + vBE β + $
VCC i E =
i E
VCC
î C = , vCE = V CC
Corte
vCE = , Saturación V CC = i C RC + RE V CC
∴ iC
VCC − vBE R B + R E β + $
≈ iC
"cuación de la recta de carga.
β ? $ adem(s V − vBE iC = CC R B + R E β !ecta de polarización.
depende una vez mas de β . i Para que C sea casi independiente de β
+ R B
= R E
β
+ RE
RC V CC
iC
≈
VCC
− vBE
R E para que Si esta desigualdad se cumple entonces el transistor se satura pues
V − vBE > I Csat = CC ÷ R E RC + RE
VCC
Por ejemplo si V − vBE I C = CC RC + RE
V CC
Análisis en la malla de base:
= RBiB + vBE + REi E
VCC i B
=
i E
β + $
R B
tuviera igual a
β RC
entonces
I i "l valor de C se apro8ima al valor de la C de saturación, por lo que puede concluirse lo siguiente+ R β RC Si B se hace un poco menor que , entonces el transistor se satura.
:. Ejemplos: /. 5. Para el circuito de polarización mostrado, determinar los valores adecuados de resistencia para que se establezca la siguiente condición de polarización+
5
= /mA VCEQ = 7V β = $,,
ICQ
7.
R B
VCC = $V
1.
v E
=
$ $,
V CC
4. ;. Solución+ $. V V R E = E ≈ E I Q I CQ $$. $:. $/. $5.
$7. $1. $4.
RC
R E =
=
RC
=
V RV
R B
=
R B
= β
R B
= 2$,,3
$.
I BQ
= β
V RV I CQ
$.V /mA
R E = :,,Ω
RC
R E
2Se elige arbitrariamente3.
V RC I CQ
$V
=
VCC
I CQ
$;. VCC
− vCEQ − V E I CQ
− 7V − $.V /mA
RC = $. K Ω
. $. . :. /. 5. 7. 1.
− vBE − V E $V
− ,.1V − $.V /mA
R B = 5.5 K Ω
4. ;. Si el circuito del ejemplo :, se pretende fabricar en gran escala el tipo de transistor utilizado β = 7, β = $4, tiene una min una ma8 , determine la variación en la corriente de colector. :. Solución+ :$. V − vBE V − vBE I CQ ma8 = CC I CQ min = CC R B R B + R E + R E β min β ma8 :. /. ::. = 7.7/ mA I /:. CQ ma8 $V − ,.1V //. I CQ min = 5.5 K Ω v = .,5V + :,,Ω /5. CEQ min 7, :/. /7. Q :5. Q /1. I CQ min = .5$mA :7. /4. Q :1. /;. 7.7/ = VCC − I CQ min 2 RC + RE 3 v 5. / Q :4. CEQ ma8 5$. .5$ Q Q :;. 5. 4./V vCEQ ma8 = /. 5:. .,5 /$. 5/. nom
min
ma8
nom
min
min
7
55. 57. 51.
V CC
54. 5;. V CC 4./ 7 ∆ I CQ = /.$:mA 7.
7$.
62.
Problema:
7:. 6ue valor mínimo de β debe tener un transistor que colocado en el circuito de polarización del ejemplo :, produzca su saturación. 7/. 75. Solución+ V CC V R I Csat = = 4mA I Bsat = Bsat RC + RE R B 77. 1. V = RE Isat = ./V = :5.5 µ A I 71. sat 1:. Bsat V = Vsat + vBEsat 4mA 74. Bsat 7;.
V Bsat = ./V
+ ,.1V = :.$V = VCC − V Bsat = 4.;V
1.
V RBsat
1$.
V R Bsat
β =
1/.
:5.5 µ A
15. β = 1 !. Cualquier valor ma"or #e β a $$ pro#uce que el transistor se sature en el circuito.
11. 14. 1;. 4.
81.
POLARIZACION POR RETROALIMENTACION DEL COLECTOR.
4. 4:. 4/. 45. 47. 41.
RC
R B 44. 4;. ;. ;$. ;. ;:. ;/. ;5. "ste circuito trabaja de la siguiente manera+ ;7. ;1. i v ;4. Si β aumenta, entonces C aumenta, provocando que CE disminua, esto a su vez produce un R decremento en la tensión de B . ;;.
1
$. R $$. Como el voltaje de B disminue, la corriente de base se *ace mas peque&a que le calor inicial, esto compensa el incremento en la corriente de colector. $. $:. $/. -na propiedad interesante de este tipo de polarización es que el transistor nunca se R R satura aun cuando B sea igual a cero. ) medida que B va disminuendo el punto de operación v 6 se desplaza *acia saturación, pero sin llegar a ella, a que CE nunca puede ser menor a .1*évenin para simplificar a una sola malla, como se ve en la siguiente figura+
;
lo cual se apro8ima a la corriente deseada V − vBE iC = BB R E
RC
"l precio que se paga por tener esta estabilidad R es tener valores de B demasiado bajos a que $ R B = β RE R B $,, .
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