POLARIZACIÓN POLARIZACIÓN Y ESTA ESTABILIZACIÓN BILIZACIÓ N DEL TRANSISTOR BIPOLAR Los objetivos de este tema serán los siguientes:
•
Dibujar un esquema de un circuito c ircuito de polarización por división de tensión.
•
Calcular, en un circuito de polarización por división de tensión, la corriente por el divisor, la tensión de base, la tensión de emisor, la tensión de colector y la tensión colector-emisor.
•
btener la recta de carga y calcular el e l punto de trabajo !"# de un circuito de polarización por división de tensión.
•
Dibujar un esquema de un circuito de polarización de emisor con dos $uentes de alimentación y calcular %&', (), %C y %C'.
•
&ecordar cómo se utilizan los transistores pnp en el circuito de polarización por división de tensión.
•
Comparar los di$erentes tipos de polarización y describir las caracter*sticas de cada uno.
Polarización por divisor de ensión An!lisis apro"i#ado 'ste tema es una continuación del de l anterior, por ello primeramente vamos a +acer un breve resumen de lo visto anteriormente para situarnos mejor en el tema. asta a+ora +emos visto estos circuitos:
•
Circuito de polarización de base !resistencia en la b ase#.
1
•
Circuito de polarización de emisor !resistencia en emisor#.
'n este tema analizaremos este ltimo circuito más que ningn otro. Las pilas normalmente suelen ser $uentes de alimentación.
ero es muy caro poner pon er / $uentes de alimentación por eso se suele modi$icarse el circuito de tal $orma que solo se usa una $uente de alimentación. Como se +a dic+o a+ora nos a+orraremos una $uente de alimentación.
2
0+ora se mueve lo de la izquierda +acia arriba y como tenemos 12 % en los dos lados se pueden unir:
3 as* nos +emos a+orrado una $uente de alimentación, este es el 4Circuito de polarización por división de tensión4.
3
An!lisis apro"i#ado
0s* despreciamos (5:
E$E%PLO: 0plicamos valores num6ricos a lo que +emos +ec+o.
4
%emos si la apro7imación es buena: se tiene que cumplir: 8iene que $uncionar bien para los tres valores del catálogo.
DATOS DE CAT&LO'O(
ara comprobarlo vamos a ver la recta de carga de continua !la de alterna se verá más adelante#.
9"u6 curva de (5 pasa por ese punto " ;i cambiamos el transistor, " es el mismo pero var*a la (5.
Circuito de polarización con 2 fuentes de tensión
5
0nálisis: 'n este tema todos los circuitos estarán en 0C8(%0.
=alla de entrada:
=alla de salida:
6
&ecta de carga de continua:
>rá$icamente:
ara más adelante será importante que el punto " est6 centrado !lo veremos más adelante#. ;i el punto " no saliese centrado, se podr*a cambiar la colocación del punto " variando los valores de las resistencias y de las pilas como vere mos más adelante.
Transisores pnp 7
Comparamos los transistores npn y pnp:
'l emisor emite, el colector recoge y la base recombina. 'l sentido de las corrientes es el contrario al de los electrones.
E$E%PLO: %amos a +acer el problema de antes pero con el equivalente en pnp. ;e deja todo igual e7cepto la pila.
ara cambiar de uno a otro:
•
Cambiar el signo de las tensiones.
•
Cambiar el signo de las corrientes.
8
Despreciamos (5 para +acer los cálculos y cambiamos de sentido (&1 y (&/ para no andar con negativos:
Cambiamos los sentidos de (5, (C y (' para no andar con negativos:
=alla de salida:
&ecta de carga y grá$ica:
9
La intensidad de base no suele importar el signo, solo tenemos que saber para este caso que es saliente. Convenio: 4Coger siempre el conven io de los transistores npn4.
8ener cuidado con esto, para el ejemplo que +emos +ec+o saldrán negativos. ;olo +ay que cambiar el criterio en las corrientes. 'ste circuito tiene un problema. 9Cómo construir ?uentes de 0limentación de - 12 % ara ello se cambian de sentido los diodos y el condensador.
•
;e quita la masa y se pone el punto de re$erencia en otro lugar.
10
•
3 además se le da la vuelta al circuito.
3 a+ora ya tenemos una ?.0. positiva. 'l análisis es id6ntico al anterior.
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Oros ipos de polarización '7isten tambi6n otros tipos de polarización que iremos an alizando, empezando por el peor circuito y terminando con el mejor. Los circuitos que a+ora veremos son estos:
•
Circuito de polarización de base.
•
Circuito de polarización con realimentación de emisor.
•
Circuito de polarización con realimentación de colector.
•
Circuito de polarización por divisor de tensión.
•
Circuito de polarización de emisor con / $uentes de alimentación.
•
Circuito de polarización con realimentación de emisor y realimentación de colector.
Circ)io de polarización de *ase 'n este tema +ab*amos dic+o que tomar*amos todos los circuitos en activa, para que más adelante al meter la alterna podamos ampli$icar. 'l circuito en cuestión es el siguiente:
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malla de entrada:
(5 es muy ';805L'. %5' var*a con la 8@, disminuye / m% por cada grado cent*grado !-/ m%ABC#, pero como no disminuye muc+o que se supone (5 cte. 3 la (C ser*a:
(C es muy (<';805L' porque la βcc var*a muc+o con la temperatura. or lo tanto tenemos:
•
(5 =3 ';805L'
•
(C =3 (<';805L'
9Cual me interesa que sea muy estable (nteresa que + est6 centrado y que no se mueva con la 8@.
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Como " depende de (C, el circuito anterior es muy malo porque el punto " es (<';805L'.
Circuito de polarización con realimentación de emisor
'n este circuito la resistencia de realimentación es & '.
aremos la prueba de desestabilizar el punto ".
(C intenta aumentar muc+o. ero al aumentar la (C, aumenta la %'.
'ntonces vemos que se da un $enómeno de 4autorregulación4, intenta aumentar muc+o pero al $inal aumenta menos. 0unque no se estabiliza, se desestabiliza menos, esa 4auto corrección4 se llama realimentación.
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0 este e$ecto de que una variable de salida a$ecte a la entrada se le llama realimentación, la salida a$ecta a la entrada, se auto corrige. 0demás se le llama 4&ealimentación negativa4 porque un aumento supone una disminución. ;i un aumento supusiera otro aumento ser*a una 4&ealimentación positiva4. 'n ampli$icadores es muy importante la realimentación, como se verá más adelante. ;eguimos analizando el circuito. =alla de entrada:
E$E%PLO: ara ver como se mueve el punto ". %CC E1F %
& C G12 Ω
& 5 HI2 Ω & ' 122 Ω
%5' 2,J %
&ecta de carga:
;e +a movido muc+o pero menos que el anterior.
Cuanto menor sea este resultado, mejor será el circuito, esto sirve para comparar circuitos. ara mejorar el circuito se puede +acer:
15
;e suele coger 122 veces mayor & '.
%eamos si se cumple en este circuito.
Circuito de polarización con realimentación de emisor
'n este circuito la resistencia de realimentación es & '.
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aremos la prueba de desestabilizar el punto ".
(C intenta aumentar muc+o. ero al aumentar la (C, aumenta la %'.
'ntonces vemos que se da un $enómeno de 4autorregulación4, intenta aumentar muc+o pero al $inal aumenta menos. 0unque no se estabiliza, se desestabiliza menos, esa 4auto corrección4 se llama realimentación.
0 este e$ecto de que una variable de salida a$ecte a la entrada se le llama realimentación, la salida a$ecta a la entrada, se auto corrige. 0demás se le llama 4&ealimentación negativa4 porque un aumento supone una disminución. ;i un aumento supusiera otro aumento ser*a una 4&ealimentación positiva4. 'n ampli$icadores es muy importante la realimentación, como se verá más adelante. ;eguimos analizando el circuito. =alla de entrada:
E$E%PLO: ara ver como se mueve el punto ". %CC E1F %
& C G12 Ω
& 5 HI2 Ω & ' 122 Ω
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%5' 2,J %
&ecta de carga:
;e +a movido muc+o pero menos que el anterior.
Cuanto menor sea este resultado, mejor será el circuito, esto sirve para comparar circuitos. ara mejorar el circuito se puede +acer:
;e suele coger 122 veces mayor & '.
%eamos si se cumple en este circuito.
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Circ)io de polarización por divisor de ensión 'n todo circuito que quiera que se auto compense tiene que +aber una resistencia de realimentación, en este caso es & ', que +ace que sea estable el punto ".
%eamos como se comporta si variamos la temperatura o cambiamos de transistor !C.8.#.
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3 se compensa en parte la (C, se mueve pero menos. 's un circuito muy bueno, la compensación no es total pero casi, es una compensación muy buena. 'ste circuito es el que se utiliza mayoritariamente por ser bueno, bara to y e$ectivo. Lo analizaremos como siempre de / $ormas: 0nálisis apro7imado y e7acto.
Apro"i#ado ,ideal-. rimeramente modi$icaremos un poco el circuito:
0+ora aplicaremos 8+6venin:
0pro7imamos: & 8 2. =alla de entrada:
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'l punto " es estable. 8enemos lo ideal, no está la β. Lo nico que var*a algo es la %5', pero es una variación pequea respecto a %8, entonces es casi constante la (C.
E"aco 0provec+amos lo calculado anteriormente:
(nteresa que & 8Aβ in$luya poco respecto a & '. acemos & ' 122 veces mayor que & 8Aβ.
ero es di$*cil que se cumpla esto porque & 8 es el paralelo de & 1 y & /, y de estas dos resistencias la más pequea suele ser & /, entonces si apro7imamos para verlo mejor:
ara que esto $uncione correctamente +emos dic+o que se tiene que cumplir lo siguiente:
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ero si pongo & / muy pequeo, la (&/ es grande y es apro7imadamente (&1 y esa intensidad va a la ?.0., entonces el condensador y los diodos de la ?.0. tienen que resistir muc+a intensidad y podr*a dar problemas. tro problema se da en alterna:
Cuando ampli$icamos la onda es muy importante la impedancia de entrada !Mi# y tiene que ser de un valor concreto. ;u valor es:
•
'l consumo
•
La Mi
ara resolver eso los diseadores cogen en vez de 2,21& 5Nβ suelen coger un poco mayor, 2,1& 'Nβ.
3 as* " es *asane
esa*le, aunque no sea tan estable como antes.
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E$E%PLO:
Como siempre aplicamos 8+6venin y calculamos (5 e (C para los distintos valores de β.
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0+ora calculamos el %C' y dibujamos la grá$ica:
%emos que el punto " var*a muy poco para distintos valores de β. 'sto lo vemos con la variación de (C.
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ara ver la estabilidad del circuito estudiaremos el caso más cr*tico, que es el valor más pequeo de β, si se cumple para este valor se cumple en todos los demás casos, porque es el peor caso.
's bastante estable porque se cumple la ecuación, esto quiere decir que esta bastante bien diseado el circuito.
Circ)io de polarización por divisor de e#isor con / 0)enes de ali#enación Si#)lación 'l circuito es el siguiente:
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%eamos si el punto " es estable como siempre de dos $ormas: 0pro7imada y e7acta.
Apro"i#ada ,IDEAL0pro7imamos:
's constante, por lo tanto " es estable. 0ntes ten*amos %5 2.2II %.
Conviene que in$luyan en esa proporción:
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;e toma 122 veces mayor:
Concl)sión( 'ste ltimo circuito es el mejor junto con el divisor de tensión. %i6ndolo con valores:
β 122 no es tan estable. β I22 si se cumple es muy estable.
Si#)lación 'n este applet podemos ver la estabilidad del 4Circuito de polarización con / $uentes de alimentación4. Cada vez que se introduzcan nuevos datos +ay que pulsar el botón 4Calcular4. 'n el área de 4&esultados4 podemos ver el valor de la corriente de colector para cada caso y el applet nos dirá si con esos valores el circuito es estable o no es estable. ara realización de esta simulación se +an tomado estas equivalencias: %'' E 1F %
%5' 2,J %
& ' &e
& 5 &b
& C &c
β 5eta
Circuito de polarización con realimentación de emisor y realimentación de colector
Si#)lación Con este circuito se intenta obtener polarizaciones más estables para los circuitos con transistores. ara ello se usa una combinación de una resistencia de emisor y una resistencia de colector.
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ara que sea estable se tiene que cumplir:
ero el problema es que si & C y & ' son muy grandes el valor de %C' tiene que ser pequeo y puede llegar a saturación, por eso no se puede +acer todo lo grande que se quiera.
Si#)lación 'n este applet podemos ver la estabilidad del 4Circuito de polarización con realimentación de emisor y realimentación de colector4. Cada vez que se introduzcan nuevos datos +ay que pulsar el botón 4Calcular4. 'n el área de 4&esultados4 podemos ver el valor de la corriente de colector para cada caso y el applet nos dirá si con esos valores el circuito es estable o no es estable. ara realización de esta simulación se +an tomado estas equivalencias: %CC E 1F %
%5' 2,J %
& ' &e
& 5 &b
Prolemas 28
& C &c
β 5eta
Pro*le#a 1.
Calc)lar el valor de 2sal en el circ)io de la 0i3)ra de 0or#a e"aca(
Sol)ción( Lo +acemos de $orma e7acta, como nos lo pide en el enunciado. ipótesis: 0ctiva.
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8odo esto se +a +ec+o suponiendo que estamos en 0ctiva. 0+ora +ay que comprobarlo.
Los / transistores están en activa, por lo tanto, la +ipótesis es correcta y los resultados son válidos.
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Pro*le#a / Calc)lar el valor de ILED en el circ)io de la 0i3)ra(
Sol)ción( 0plicamos 8+6venin a la parte izquierda del circuito una vez colocado adecuadamente para aplicar este teorema:
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Cuidado con la malla de entrada, siempre es por 5' y en este caso está arriba.
'l valor de esa (L'D es positivo porque es una intensidad saliente, si $uese entrante ser*a negativa. 0+ora comprobaremos si la suposición de activa es correcta, para ello el valor de %C' tendr*a que ser negativo.
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