polarizacion BJT

Polarización del

Polarización del BJT

BJT..

Modos de polarizar un transistor bipolar. Modos de polarizar un transistor bipolar.

••

_{Polarización fija o de basePolarización fija o de base}

••

_{Polarización por retroalimentación del emisor.Polarización por retroalimentación del emisor.}

••

Polarización por retroalimentación del colector.Polarización por retroalimentación del colector.

••

_{Polarización por divisor de tensión.Polarización por divisor de tensión.}

Se analizaran cada una de las técnicas de polarización antes mencionadas con la intención de que se 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

utilice la mas adecuada para alguna aplicación en particular, las cuales puedan particular, las cuales puedan ser, el ser, el transistor comotransistor como interruptor, transistor como fuente de corriente, estabilidad del punto de operación en un amplificador, interruptor, transistor como fuente de corriente, estabilidad del punto de operación en un amplificador, etc.

etc.

INTRODUCCION.

INTRODUCCION.

Como el transistor es considerado una fuente de corriente dependiente de la corriente de base, 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  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. de corriente  voltaje en la malla de salida, que es donde se obtiene la amplificación.

POLARIZACIÓN FIJA.

POLARIZACIÓN FIJA.

C  C   R  R  R R_C C   B  B  R  R  R R _B B CC  CC  V  V   B  B ii

Análisis en la malla de base:

Análisis en la malla de base:

C CC C B B B B BBE  E   V V

=

=

R R i i vv

++

C CC C BBE  E    B  B  B  B V V vv ii  R  R

−−

==

!ecta

!ecta de de polarización.polarización. "sta ecuación representa una recta que "sta ecuación representa una recta que en intersección nos proporciona la corriente de en intersección nos proporciona la corriente de  base  la tensión base#emisor de operación.  base  la tensión base#emisor de operación.

CC  CC   B  B V  V   R  R  BQ  BQ  I   I   BE   BE  vv V V _CC CC vvBEQBEQ

Como la variable a controlar es la

corriente de colector  esta a su vez depende de la corriente de base CC BE   c  B V v i  R β 

−

=

%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 trat(ndose del mismo tipo.

Análisis en la malla de colector:

CC C C CE   V

=

R i v

+

CC CE   C  C  V v i  R

−

=

) 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+

, C  CE CC   i Corte v V 

=





₌



 CE  CC  C  C  v Saturación V  i  R

=





 =





CC  C  V   R CQ  I  Q CC  V  V CEQ

"l punto de operación depende de los

 par(metros que intervienen en la malla de base.

Ejemplos:

$. -n transistor tiene una β  típica de $, encontrar los valores adecuados de resistencias para la siguiente condición de polarización+

$ / CC  CQ V V   I mA

=

=

0 0  B C   R  R

=

=

 R B  RC 

Punto de operación igual a la mitad de la recta de carga. Solución+ CC BE   CQ  B V v  I   R β 

−

=

CC BE    B CQ

V

v

 R

 I 

β 

−

=

$ ,.1 2$,,3 /  B V V   R mA

−

=

4.5  B  R

=

K 

Ω

Como el punto 6 debe estar situado a la mitad de la recta de carga, entonces+

7  CC  CEQ V  v

=

=

V  CC CEQ CQ C  V v  I   R

−

=

CC CEQ C  CQ

V

v

 R

 I 

−

=

$.5 C   R

=

K 

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+ ma8 ma8 ma8 $ ,.1 2$4,3 4.5 CC BE   Q  B Q V v  I   R V V   I   K  β 

−

=

−

=

Ω

ma8 1. Q  I

=

mA

) esta corriente le corresponde un vCEQmin_. min ma8 CE CC CQ C   v

=

V I

−

R min $. CEQ v

=

V  min min CC BE   CQ  B V v  I   R β 

−

=

min ./ CQ  I

=

mA

Correspondiéndole un vCEQma8₊ ma8   $ ./ 2$5,, 3 CEQ v

=

V

−

mA

Ω

ma8 4./ CEQ v

=

V 

9a variación de I CQ _es+ ma8 min CQ Q  I I I 

∆

=

−

/.4 CQ  I mA

∆

=

"s decir+ ./ mA I

≤

CQ

≤

1.mA

"sto corresponde a una gran variación del  punto de operación con respecto al valor

nominal proporcionado en el dise&o 2 /mA 3. "sto puede observarse en forma grafica+

ma8 Q _1.mA nom Q /mA min Q ./mA $.V  4./V 

Como el punto de operación es mu

queremos que le transistor funcione como amplificador.

Su gran inestabilidad es aprovec*ada  para utilizar al transistor como interruptor

2electrónica digital3.

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+

$ ,.1 2,,3 4.5 CQ V V   I 

=

−

Ω

4 CQ  I

=

mA , CEQ v

=

V  "sta configuración es  RC 

utilizada cuando se quiere controlar al transistor como interruptor.

POLARIZACIÓN POR RETROALIMENTACION DEL EMISOR.

 B  R  R_C   B  R  R_C  CC  V   E   R  E   R

"ste tipo de polarización proporciona maor 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  ejemplo3 I C  _{incrementa, entonces el voltaje en}  R E  _{aumenta, lo que a su ves produce decremento en la}

tensión de  R B_{. Si el voltaje de}  R B _{disminue entonces}  I  B _{disminue lo cual obliga a que}  I C  _se

decremente. Se conclue que el incremento original de  I C  _{queda parcialmente balanceado.}  B

"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:

2 3 CC C C CE E E    E C  CC C C E CE   V R i v R i i i V i R R v

=

+

+

≈

≈

+

+

CC CE   C  C E  V v i  R R

−

=

+

_{"cuación de la recta de carga.}

, , C  CE CC   CE  CC  C  C E  î  Corte v V  v Saturación V  i  R R

=





₌



=





 =



₊



CC  C E  V   R

+

R CC  V  CC  V 

Análisis en la malla de base:

$ CC B B BE E E    E   B V R i v R i i i β 

=

+

+

=

+

$  B CC E E BE    R V i R v β 



 

=

_

+

_÷

+

+



 

$ CC BE    E   B  E  V v i  R  R β 

−

=

+

+

 E C  i

≈

i adem(s β ? $

∴

CC BE   C   B  E  V v i  R  R β 

−

=

+

!ecta de polarización. C 

i  _{depende una vez mas de} β _.

Para que iC  _{sea casi independiente de} β 

+  B  E   R  R β  =  para que CC BE   C   E  V v i  R

−

≈

Si esta desigualdad se cumple entonces el transistor se satura pues

CC BE CC   Csat   E C E  V v V   I   R R R



 

−

_>

₌



₊

÷



 

Por ejemplo si R B _{tuviera igual a} β  RC  _entonces

CC BE   C  C E  V v  I   R R

−

=

+

"l valor de iC  _{se apro8ima al valor de la}  I C  _de

saturación, por lo que puede concluirse lo siguiente+

Si R B  _{se hace un poco menor que} β  RC  _,

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+

7. / 7 $,, CQ CEQ  I mA V V  β 

=

=

=

 R B  RC  1. VCC 

=

$V  4. $ $,  E CC  v

=

V 

2Se elige arbitrariamente3.  R E 

;. Solución+ $. $$. $. /  E E   E  Q CQ  E  V V   R  I I  V   R mA

=

≈

=

$. V V   R R  B  BQ CQ V V   R  I β I 

=

=

$:. $/.  R E 

=

:,,

Ω

$5. $7. $ 7 $. / C   R CC CEQ E   C  CQ CQ C  V  V v V   R  I I  V V V   R mA

−

−

=

=

−

−

=

$1. $4.  R C 

=

$.K 

Ω

$;. CC BE E    B CQ V v V   R  I  β 

−

−

=

. $ ,.1 $. 2$,,3 /  B V V V   R mA

−

−

=

$. . R B

=

5.5K 

Ω

:. /. 5. 7. 1. 4.

;. Si el circuito del ejemplo :, se pretende fabricar en gran escala  el tipo de transistor utilizado tiene una β min

=

7, _{ una} β ma8

=

$4,_{, determine la variación en la corriente de colector.}

:. Solución+ :$. :. min min CC BE   CQ  B  E  V v  I   R  R β 

−

=

+

::. :/. min $ ,.1 5.5 :,, 7, CQ V V   I   K 

−

=

Ω + Ω

:5. :7.  I CQmin

=

  .5$mA :1.

:4. vCEQ ma8

=

VCC I

−

CQ min2 RC

+

RE  3

:;. /. v CEQma8

=

  4./V  /$. /. ma8 ma8 CC BE   CQ  B  E  V v  I   R  R β 

−

=

+

/:.  I CQma8

=

  7.7/mA //. /5. v CEQmin

=

  .,5V  /7. Qnom /1. Qmin /4. Qma8 /;.  7.7/ 5. / Qnom 5$.  .5$QminQmin 5. 5:.  .,5 5/.

55. V CC  57. 51. 54. 5;. V  4./CC   7 7.

∆

 I CQ 

=

/.$:mA 7$.

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+ 77. 4 CC  Csat  C E  V   I mA  R R

=

=

+

71. V R I  sat

=

E sat 

=

./V  

74. V Bsat

=

V sat

+

vBEsat  

7;. V Bsat 

=

./ V

+

,.1 V

=

:.$ V   1. V   R Bsat 

=

V CC

−

V Bsat  1$. V  R Bsat 

=

4.;V  1.  Bsat   R  Bsat   B V   I   R

=

1:. I Bsat 

=

:5.5 µ A 1/. 4 :5.5 mA  A β   µ 

=

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.  RC  41. 44.  R B 4;. ;. ;$. ;. ;:. ;/.

;5. "ste circuito trabaja de la siguiente manera+ ;7.

;1.

;4. Siβ   aumenta, entonces iC _{aumenta, provocando que} vCE _{disminua, esto a su vez produce un}

decremento en la tensión de  R B _.

$.

$$. Como el voltaje de  R B  _{disminue, 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

satura aun cuando  R B  _{sea igual a cero. ) medida que}  R B _{va disminuendo el punto de operación}

6 se desplaza *acia saturación, pero sin llegar a ella, a que vCE  _{nunca puede ser menor a .1<.}

9a base  el colector es un mismo punto cuando  R B

=

, _{ el transistor funciona en este caso}

como un diodo. $5.

$7. $1.

10.

Análisis en la malla de base:

$;. $$. V CC

=

R i R i vE E

+

B B

+

BE   $$$. $  B CC E C BE    R V i R v β 



 

=

_

+

_÷

+

+



 

$$. $ CC BE    E   B C  V v i  R  R β 

−

=

+

+

!ecta de  polarización. $$:. $$/. Como i  E

≈

iC  _ β ? $ $$5. CC BE   C   B C  V v i  R  R β 

−

≈

+

$$7.

11!.

Análisis en la malla de

colector:

$$4. V CC

=

R i vC E

+

CE   $$;. CC CE    E  C  V v i  R

−

=

$. CC CE   C  C  V v i  R

−

≈

$$. $. !ecta de carga $:. $/. CC  C  V   R $5. $7. $1. $4. $;. $:. $:$. $:. V CC  $::. $:/.

$:5. Puede notarse que

$:7. CC  Csat  C  V   I   R

=

$:1.  que cuando  R B

=

, $:4. ma8 CC BE   C  C  V v  I   R

−

=

$:;. como  I C ma8

<

I Csat   _{en transistor}

nunca se satura.

1"0.

Ejemplo:

$/$. Polarizar el transistor seg'n circuito de tal modo que+

/

CQ

7 CEQ v

=

V  $,, β 

 =

$ CC  V

=

V  Solución+ CC CEQ C  CQ V v  R  I 

−

=

7 / C  V   R mA

=

$.5 C   R

=

K 

Ω

CC BE   CQ  B  E  V v  I   R  R β 

−

≈

+

%espejando para R B _{encontramos el valor}

necesario, sin embargo resulta mu sencillo utilizando le de =*m  B B  R R  B  BQ CQ V V   R  I β I 

=

=

C  CC R BE    B CQ V V v  R  I  β 

−

−

=

$ ,.7 ,.1 2$,,3 /  B V V V   R mA

−

−

=

$:.5  B  R

=

K 

Ω

POLARIZACION POR DIVISION DE TENSION.

"ste tipo de polarización es la m(s ampliamente utilizada en circuitos lineales, por este motivo algunas veces se le conoce como polarización universal.

9as resistencias R$ _ R _{forman un divisor de tensión del voltaje} V CC  _{9a función de esta red es facilitar}

la polarización necesaria para que la unión base#emisor este en la región apropiada.

"ste tipo de polarización es mejor que las anteriores, pues proporciona maor estabilidad del punto de operación con respecto de cambios en β .

  R  R_C   R_  R_C  CC  V  $  R  R _E   R_$  R _E 

Análisis en la malla de base:

"n la terminal de base e8isten dos mallas por lo que se empleara el teorema de

>*évenin para simplificar a una sola malla, como se ve en la siguiente figura+

C   R  B  R  E   R  BB V  donde  R B

=

R$PR  $ $   BB CC   R V V   R R

=

+

)l aplicar 9<? en la malla de base+

 BB B B BE E E  V

=

R i v

+

+

R i $  E   B i i β 

=

+

$  B  BB E E BE   R V i R v β 



 

=

_

+

_÷

+

+



 

$  BB BE   E   B  E  V v i  R  R β 

−

=

+

+

Como i C

≈

iE  _ β ? $ _entonces+  BB BE  C   B  E  V v i  R  R β 

−

=

+

) temperatura ambiente iC  _depende

'nicamente deβ . Si queremos que iC  _{sea casi}

independiente de β  es necesario que

 B  E   R  R β  =  para que  BB BE  C   E  V v i  R

−

≈

 por ejemplo si 2$,,3 B  E   R  R β 

=

_{o lo que es lo} mismo $ $,,  B E   R

=

β R  resulta que 2$.,$3  BB BE  C   E  V v i  R

−

=

lo cual se apro8ima a la corriente deseada

 BB BE  C   E  V v i  R

−

=

"l precio que se paga por tener esta estabilidad es tener valores de  R B _{demasiado bajos a que}

$ $,,

 B E 

 R

=

β R

. <alores bajos de  R B _son

inconvenientes cuando el circuito de

 polarización forma parte de mi amplificador  como se vera mas adelante.

Por el momento bastara con que

$ $,

 B E 

 R

=

β R

*aciendo con esto que la corriente de colector 

sea 2$.$3  BB BE  C   E  V v i  R

−

=

"sto asegura que el transistor queda bien

 polarizado, con una corriente de emisor 

constante  que el punto de operación no cambiara de manera significativa si se sustitue el transistor por otro con una β  distinta.

 Análisis en la malla de colector:

9<?  CC C C CE E E   V

= + + ∗

R i v R i $ como i C

≈

iE  _ β ? $ CC CE   C  C E  V v i  R R

−

=

+

CC  C  V   R

$ <erse an(lisis en malla de colector en

$ C E  m  R R = − + CC  V  CC  C  V 

 R _{9a corriente de colector en saturación es} CC  Csat  C E  V   I   R R

=

+

_{ puede notarse que si}  R _B

=

,

entonces  BB BE  C   E  V v  I   R

−

=

este valor de corriente nunca satura al transistor.

Ejemplo:

$/. Polarizar un transistor mediante la técnica de polarización por división de tensión de

acuerdo con los siguientes datos+ $ CC  V

=

V  / CQ  I

=

mA $ $,  E CC  V

=

V  $ $,  B E   R

=

β R /,

≤ ≤

β  $4,

2Punto de operación a la mitad de la recta de carga, es decir+

$  CEQ CC   V

=

V  3 Solución+ C   R   R  E   E   EQ V   R  I 

=

 E   R  R_$  E   E  CQ V   R  I 

≈

:,,  E   R

=

Ω

C   R CC CEQ E   C  CQ CQ V  V v V   R  I I 

−

−

=

=

$. C   R

=

K 

Ω

como  B  E   R  R

β  =  _{la peor condición se cumple}

cuando β es mínima

∴

min

$ $,  B E   R

=

β  R $.  B  R

=

K 

Ω

"l voltaje V  BB _{necesario es}  B  BB CQ E BE   R V I R v β 



 

=

_

+

_÷

+



 

.,  BB V

=

V 

Para determinar R$ _ R _{tenemos el siguiente}

sistema de ecuaciones con dos incógnitas

$ $   BB CC   R V V   R R

=

+

$  $   B  R R  R  R R

=

+

Multiplicando la primera ecuación por R_,

tenemos $   $   BB CC   R R V R V   R R

=

+

o lo que es lo mismo

  BB B CC  V R R V  

=

 CC   B  BB V   R R V 

=

   1.$:  R

=

K 

Ω

Para encontrar R$_{, partimos de *ec*o de que}

$  $ $ $  B  R

= +

R R $  $ $ $  B  R

=

R

−

R $ $ $  _BB  B CC B V   R

=

R

−

V R $ $ _{CC BB} CC B V V   R V R

−

=

$ CC B CC BB V R  R V V 

=

−

$ $  B  BB CC   R  R V  V 

=

−

$   $.//  R

=

K 

Ω

Con esto el transistor queda bien polarizado para /

CQ

 I

=

mA

  vCE 

=

7V  _{adem(s varia mu poco,}

 para cuando β  varié en todo su intervalo.

Ejemplo:

$/:. %eterminar la variación de I CQ _{para el dise&o del ejemplo 7 si} β  _{cambia en todo su}

intervalo de variación. Solución+ / CQ  I

=

mA cuando β 

 =

/,  para β 

 =

$4,, tenemos+  BB BE  C   B  E  V v i  R  R β 

−

=

+

/.: CQ  I

=

mA

∴

∆

 I CQ

=

I CQ ma8

−

I CQmin

,.:

CQ

 I mA

∆

=

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