Polarizacion BJT

Polarización del 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 transistorcomo interruptor, transistor como fuente de corriente, estabilidad delpunto 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 y voltaje en la malla de salida, que es donde se obtiene la amplificación.

POLARIZACIÓN FIJA.

Análisis en la malla de base: Recta de

polarización.

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Esta ecuación representa una recta que en intersección nos proporciona la corriente de base y la tensión base-emisor deoperación.

Como la variable a controlar es la corriente de colector y esta a su vez dependede la corriente de base

De esta ecuación puede notarse que la corriente de colector variara para el mismo diseño debido a la gran variación de para un transistor, aún tratándose del mismo tipo.

Análisis en la malla de colector:

A esta ecuación se le conoce como recta de carga en C.D. y sobre la que se encuentrael punto de operación.Con dos puntos conocidos dicha recta puede trazarse, estos puntos son:

0CE

CCC

C

vSaturación Vi

R

El punto de operación depende delos parámetros que intervienen en la malla de base.

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Ejemplos:1. Un transistor tiene una típica de 100, encontrar los valores

adecuados de resistencias para la siguiente condición de polarización:

Punto de operación igual a la mitad de la recta de carga.

Solución:

CC BEB

CQ

V vRI

12 0.7(100) 4BV VR

mA

Como el punto Q debe estar situado a la mitad de la recta de carga, entonces:

CC CEQC

CQ

V vR

I

2. Si el circuito del ejemplo 1, se pretende fabricar en gran escalay dado que el transistor utilizado puede tener una mínima de 60 y una máxima de 180 determine la máxima variación que experimentara el punto de operación.

Solución:

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A esta corriente le corresponde un .

Correspondiéndole un :

La variación de es:

Es decir: Esto corresponde a una gran variación del punto de operación con respecto al valor nominal proporcionado enel diseño ( ).

Esto puede observarse en formagrafica:

Como el punto de operación es muy inestable, este tipo de polarización se evita si queremos que le transistor funcione como amplificador.

Su gran inestabilidad es aprovechada para utilizar al transistor como interruptor (electrónica digital).

Por ejemplo si el transistor tuviera una de 200 o más esta produce que el transistor se sature y actué como un interruptor cerrado entre colector y emisor:

Esta

configuración es utilizada

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cuando se quiere controlar al transistor como interruptor.

POLARIZACIÓN POR RETROALIMENTACION DEL EMISOR.

Este tipo de polarización proporciona mayor estabilidad del punto deoperación que la polarización fija. El efecto de la retroalimentaciónradica en el hecho de que si por alguna razón (incremento en porejemplo) incrementa, entonces el voltaje en aumenta, lo que asu ves produce decremento en la tensión de . Si el voltaje de disminuye entonces disminuye lo cual obliga a que se decremente.Se concluye que el incremento original de queda parcialmentebalanceado.

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BR

El razonamiento anterior parece bueno, pero como se demostrará en losanálisis respectivos, el circuito no trabaja adecuadamente paravalores prácticos de resistencia.

Análisis de malla de colector:

( )

CC C C CE E E

E C

CC C C E CE

V R i v R ii iV i R R v

Ecuación de la

recta de carga.

Análisis en la malla de base:

además

Recta de

polarización.

depende una vez mas de .Para que sea casi

independiente de :

para que

Si esta desigualdad se cumple entonces el transistor se saturapues

Por ejemplo si tuviera igual a entonces

El valor de se aproxima al valor de la de saturación, por lo que puede concluirse lo siguiente:

Si se hace un poco menor que, entonces el transistor se satura.

Ejemplos:

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3. Para el circuito de polarización mostrado, determinar los valoresadecuados de resistencia para que se establezca la siguiente condición de polarización:

(Se elige arbitrariamente).

Solución:

4. Si el circuito del ejemplo 3, se pretende fabricar en gran escalay el tipo de transistor utilizado tiene una y una , determine la variación en la corriente de colector.

Solución:

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Problema:Que valor mínimo de debe tener un transistor que colocado en el circuito de polarización del ejemplo 3, produzca su saturación.

Solución:

Cualquier valor mayor de a 227 produce que el transistor se sature en el circuito.

POLARIZACION POR RETROALIMENTACION DEL COLECTOR.

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Este circuito trabaja de la siguiente manera:

Si aumenta, entonces Ci aumenta, provocando que disminuya, esto asu vez produce un decremento en la tensión de .

Como el voltaje de disminuye, la corriente de base se hace maspequeña que le calor inicial, esto compensa el incremento en lacorriente de colector.

Una propiedad interesante de este tipo de polarización es que eltransistor nunca se satura aun cuando sea igual a cero. A medidaque va disminuyendo el punto de operación Q se desplaza haciasaturación, pero sin llegar a ella, ya que nunca puede ser menor a0.7V. La base y el colector es un mismo punto cuando 0BR y eltransistor funciona en este caso como un diodo.

Análisis en la malla de base:

Recta de

polarización.

Como y

Análisis en la malla de colector:

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Recta de carga

Puede notarse que

y que cuando

como en transistor nunca se satura.

Ejemplo:5. Polarizar el transistor según circuito de tal modo que:

Solución:

Despejando para encontramos el valor necesario, sin embargo

resulta muy sencillo utilizando ley de Ohm

132.5BR K

POLARIZACION POR DIVISION DE TENSION.

Este tipo de polarización es la más ampliamente utilizada en circuitoslineales, por este motivo algunas veces se le conoce como polarizaciónuniversal.

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Las resistencias y forman un divisor de tensión del voltaje La función de esta red es facilitar la polarización necesaria para quela unión base-emisor este en la región apropiada.

Este tipo de polarización es mejor que las anteriores, pues proporciona mayor estabilidad del punto de operación con respecto de cambios en .

Análisis en la malla de base:En la terminal de base

existen dos mallas por lo que seempleara el teorema de Thévenin para simplificar a una sola malla, como se ve en la siguiente figura:

donde

y

Al aplicar LVK en la malla de base:

Como y entonces:

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A temperatura ambiente depende únicamente de . Si queremos que sea casi independiente de es necesarioque

para que

por ejemplo si o lo

que es lo mismo

resulta que

lo cual se aproxima a la

corriente deseada

El precio que se paga por teneresta estabilidad es tenervalores de demasiado bajos ya

que . Valores bajos de

son inconvenientes cuando elcircuito de polarización formaparte de mi amplificador como severa mas adelante.

Por el momento bastara con que haciendo con esto que

la corriente de colector sea

Esto asegura que el transistorqueda bien polarizado, con unacorriente de emisor constante yque el punto de operación nocambiara de manera significativasi se sustituye el transistorpor otro con una distinta.

Análisis en la malla decolector:

LVK

1

como y

La corriente de colector en saturación es

1 Verse análisis en malla de colectoren polarización por retroalimentación del emisor.

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y puede notarse que

si entonces este valor de corriente nunca satura al transistor.

Ejemplo:6. Polarizar un transistor mediante la técnica de polarización por

división de tensión de acuerdo con los siguientes datos:

(Punto de operación a la mitad de la recta de carga, es decir:)

Solución:

como la peor condición

se cumple cuando es mínima

El voltaje necesario es

Para determinar y tenemos el siguiente sistema de ecuaciones con dos incógnitas

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Multiplicando la primera ecuación por , tenemos

o lo que es lo mismo

Para encontrar , partimos de hecho de que Con esto el transistor queda

bien polarizado para y además varia muy poco,

para cuando varié en todo su intervalo.

Ejemplo:7. Determinar la variación de para el diseño del ejemplo 6 si

cambia en todo su intervalo de variación.

Solución:

cuando para , tenemos:

Con lo cual se demuestra que el punto de operación es bastante estable.

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