Circuitos de Polarización del BJT 1/11

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Circuitos de Polarización del BJT 1/11

1. Introducción

Los circuitos de polarización se utilizan para poner en funcionamiento al transistor de tal manera que este opere en una zona de operación específica. Este tema se refiere a los circuitos de polarización que ubican al BJT en la zona activa.

El circuito de polarización para cada configuración del BJT es un circuito de c.c.

formado por fuentes de c.c., resistencias y el transistor. Este circuito ajusta a un nivel fijo la corriente a través del dispositivo con una caída de voltaje fija deseada.

Los valores fijos de corriente y voltaje corresponden al punto de operación estático o Punto Q del transistor.

La ubicación del punto Q dentro de la zonal activa se obtiene:

- Polarizando directamente la unión Base-Emisor y - Polarizando inversamente la unión Base-Colector 2. Tipos de Circuitos de Polarización

Los circuitos de polarización mas comunes son:

Circuito de Polarización por Divisor de Voltaje Circuito de Polarización Fija

Circuito de Polarización Estabilizado en el Emisor Circuito de Polarización por Realimentación de Voltaje

El análisis de los circuitos de polarización comienza con la identificación de la entrada y la salida del circuito en base a la configuración del transistor; continúa con la determinación de las ecuaciones para la entrada y salida del circuito y finaliza con la resolución de estas ecuaciones para la determinación de los valores de corriente y voltaje del punto Q.

2.1. Circuito de Polarización por Divisor de Voltaje

Cada configuración del transistor: Base Común, Emisor Común o Colector Común, tiene su propio circuito de polarización sea cual sea el tipo de BJT (NPN o PNP). El análisis se hará aquí en base a un BJT NPN. Para un BJT PNP sólo debe considerarse que el sentido de las corrientes y la polaridad de los voltajes son al contrario de los dados para el BJT NPN, pero las ecuaciones resultantes son las mismas sea cual sea el tipo de BJT.

2.1.1. Configuración Base Común

La figura 1 muestra el esquema básico del circuito de polarización por divisor de voltaje para el BJT NPN en configuración base común.

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Circuitos de Polarización del BJT 2/11

^RC

VCC ≥VBB

VBE IC

VCC

RB

RE

IE

IB

VBB

VCB

I II

Malla I Malla II

Circuito de Entrada Circuito de Salida

Emisor Colector

Figura 1 Figura 1

Ecuación del circuito de entrada (Malla I):

=0 +

−

−R_EI_E V_BE R_BI_B V_BB

E E BE B B

BB R I V R I

V = + +

Esta última ecuación se conoce como Ecuación de Polarización de la Base.

Ecuación del circuito de salida (Malla II):

=0 +

− + +

−V_CC R_CI_C V_CB R_BI_B V_BB

BB B B CB C C

CC R I V R I V

V = + − +

Esta ecuación de salida se conoce como Ecuación de Recta de Carga de D.C.

2.1.2. Configuración Emisor Común

El esquema circuital para la polarización por divisor de voltaje en un BJT NPN en configuración emisor común se muestra en la figura 2.

Figura 2

IE

IC

IB

I

II VBE

VCE

RC

VCC ≥VBB

VCC

RB

RE

VBB

Malla I Malla II

Base Colector

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Circuitos de Polarización del BJT 3/11

=0 +

+ +

−V_BB R_BI_B V_BE R_EI_E

E E BE B B

BB R I V R I

V = + +

Se observa que la ecuación del circuito de entrada es igual que para la configuración base común; este hecho es característico de un circuito de polarización en específico.

La ecuación de entrada es la misma sea cual sea la configuración y el tipo de BJT, por tanto para la configuración colector es de esperar que la ecuación de entrada sea igual a la obtenida aquí.

=0 +

−

−R_EI_E V_CE R_CI_C V_CC

C C CE E E

CC R I V R I

V = + +

La ecuación de salida o ecuación de recta de carga d.c. es propia de cada circuito de polarización para las diferentes configuraciones del BJT.

2.1.3. Configuración Colector Común

La figura 3 muestra el circuito básico del circuito de polarización por divisor de voltaje para el BJT NPN en configuración colector común.

Figura 3

=0 +

+ +

−V_BB R_BI_B V_BE R_EI_E

E E BE B B

BB R I V R I

V = + +

IE

IC

IB

I II

VBE

VCE VCC ≥VBB

RB

VCC

RE

VBB

Malla I Malla II

Base Emisor

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(4)

Circuitos de Polarización del BJT 4/11

=0 +

−

−R_EI_E V_CE V_CC

R

V_CC = _EI_E +V_CE

odos los circuitos de polarización vistos anteriormente pueden lograrse con una sola

Figura 4

e utiliza en este esquema la fuente VCC porque es la de mayor valor, el divisor de

a equivalencia con el circuito de la figura 2, se obtiene con un equivalente de Thevenin

as ecuaciones resultantes del equivalente de Thevenin son:

T

fuente y un divisor de tensión en lugar de usar dos fuentes; es por ellos que a estos circuitos se les identifica como circuito de polarización por divisor de voltaje. El circuito básico para un BJT NPN en configuración emisor común se muestra en la figura 4.

VCC

R2

R1

IC

IB

V VBE

CE

RC

IE

RE

S

tensión para la fuente VBB se logra con las resistencias R1 y R2. L

entre el terminal de la base y el potencial de referencia de cero voltios. La figura 5 muestra esta equivalencia.

L

2 1

1

R R V R V_TH _CC

= + y

2 1

R R

R R_TH R

= +

Con VTH y RTH se puede obtener los valores de R1 y R2 como:

BB B CC

V R

R₂ =V y

B B

R R

R R R

= −

2 2 1

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Circuitos de Polarización del BJT 5/11

RC

(5a) Equivalente de Thevenin

R2

VCC R1

I_B

RTH

VTH

IB

(5b)

IE

IC

IB VBE

VCE

RE

RC

RTH

VTH

VCC

IE

IC

IB VBE

VCE

RE

RB

VBB

RC

(5c) IE

I_C IB V_BE

VCE

RE

R2

VCC

_R₁

VCC

2.2. Circuito de Polarización Fija 2.2. Circuito de Polarización Fija

En este circuito la corriente IB, es determinada sólo por la resistencia RB tal como muestra la figura 6.

VCC

RC

IC

RB

IE

IB

VCE

VBE

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Circuitos de Polarización del BJT 6/11

La entrada a este circuito se ubica en el terminal base y la salida en el terminal colector, redibujando el esquema circuital de la figura 6 se tiene: (figura 7).

RC

Figura 7

=0 + +

−V_CC R_BI_B V_BE

BE B B

CC R I V

V = +

De esta última ecuación (ecuación de polarización de la base) se tiene el valor de corriente IB:

B BE CC

B R

V

I V −

=

Los valores de VCC y VBE son constantes, por tanto RB es quien fija el valor de corriente IB para este circuito y de aquí el nombre que identifica el circuito.

=0 +

−

−V_CE R_CI_C V_CC

CE C C

CC R I V

V = +

2.3. Circuito de Polarización Estabilizado en el Emisor

El factor de amplificación de corriente β =I_C I_B , es sensible a los cambios de temperatura y un cambio en el factor β se traduce en un cambio en la corriente de

IE

IC

IB VBE

VCE

RB

VCC

II VCC I

Malla I Malla II

Base Colector

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Circuitos de Polarización del BJT 7/11

entrada IB y por tanto en la corriente de salida IC, el circuito de polarización estabilizado en el emisor, mostrado en la figura 8, permite estabilizar al circuito ante los cambios de β y así mantener estable la salida del circuito.

VCC

RC

RB

IC

VCE

IB VBE

IE

Figura 8

Redibujando el circuito de la figura 8, se tiene: (figura 9)

RE

RC

Figura 9

En base al circuito de la figura 9, las ecuaciones que describen al mismo son:

=0 +

+ +

−V_CC R_BI_B V_BE R_EI_E

E E BE B B

CC R I V R I

V = + +

( )

B

E I

I = β +1

( )

[

B E

]

B BE

CC V I R R

V = + + β +1

IE

I IB

VBE

VCE

RB

VCC

II

VCC I RE

Malla I Malla II

Base Colector

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(8)

Circuitos de Polarización del BJT 8/11

e esta última ecuación (ecuación de polarización de la base) se tiene el valor de D

corriente IB:

( )

_E

B

BE CC

B R R

V I V

+1 +

= −

β

hora IB es fijada no solo por RB sino también por la resistencia de emisor RE, esta A

resistencia tiene la función de estabilizar al circuito (mantener constante IB y por consiguiente IC) a pesar de los cambios en el factor β. Esto se logra haciendo que:

( )

R

R_B >> β +1) _E cuación del circuito de salida (Malla II):

E

=0 +

+ +

−V_CC R_CI_C V_CE R_EI_E

E E CE C C

CC R I V R I

V = + +

C

E I

I ≅

(

C E

)

IC CE

CC V R R

V = + +

4. Circuito de Polarización por Realimentación de Voltaje

es e se toma de la salida

2.

n te circuito la fuente para polarización de la unión emisor bas E

del circuito (colector). La figura 10 representa el esquema circuital básico.

Figura 10

VCC

RB

RC

IE

IC

IB

VCE

VBE

RE

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Circuitos de Polarización del BJT 9/11

La figura 11 muestra las mallas que identifican los circuitos de entrada y salida, malla I y

Figura 11 cuación del circuito de entrada (Malla I):

malla II, respectivamente.

VCC

RC

RB

IE

IC

IB

VCE

VBE

RE

II

I

Malla I

Circui trada Malla II

Circu lida

IC’

to de En ito de Sa

Base Colector

E

=0 +

+

′ + +

−V_CC R_CI_C R_BI_B V_BE R_EI_E + ′ +

+

= _B _B _BE _E _E _C _C

CC R I V R I R I

V

;

C B

C I I

I ′ = +

C

E I

I ≅ e I_C =βI_B

( )

[

B C E

]

B BE

CC V I R R R

V = + + β +1 +β

cuación del circuito de salida (Malla II):

E

=0 +

′ + +

−V_CC R_CI_C V_CE R_EI_E ;

C B

C I I

I ′ = +

B

C I

I =β

⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ ⎟⎟⎠+

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ + +

= _CE _C _C _E

CC V I R R

V 1 1

β

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Circuitos de Polarización del BJT 10/11

3. Análisis Gráfico para la Determinación del Punto Q

l punto Q puede determinarse gráficamente a partir de la ecuación de polarización de

n base a un circuito de polarización por divisor de voltaje para un BJT NPN en

l primer paso consiste en graficar la ecuación de polarización de la base sobre la curva

a ecuación de polarización de la base es:

E

la base (ecuación del circuito de entrada) y la ecuación de recta de carga d.c. (ecuación del circuito de salida).

E

configuración emisor común se explica aquí este procedimiento.

E

de entrada del BJT. La intersección de esta ecuación con la curva de entrada permite determinar el valor de IBQ tal como se muestra en la figura 12.

L V_BB =R_BI_B +V_BE +R_EI_E. El eje

correspondiente a la curva de entrada es: iE vs. vBE, por tanto se reescribe la ecuación de polarización de la base en función de estas variables. Tomando en cuenta que VBE

en el punto Q (VBEQ) es igual a 0.7 V, se tiene:

( )

[

B E

]

B BB

BEQ V I R R

V = − + β +1

l corte de esta ecuación con los ejes de la curva de entrada son:

ara →

→ E

P I_B =0 V_BE =V_BB

=0 VBE

( )

E

B BB

B R R

I V

+1

= + Para β

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VBEQ

IBQ

VBB vBE (V) i (µA) B

Punto Q

Ecuación de Polarización de la Base

vCE

RB+(β+1)RE

VBB

Figura 12

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