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 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 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.

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

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

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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 encuentra el punto de operación.Con dos puntos conocidos dicha recta puede trazarse, estos puntos son:

0CE

CCC

C

v

Saturación Vi

R

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

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 vR

I

12 0.7(100)

4B

V VR

mA

2

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 escala y 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:

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 en el diseño ( ).

Esto puede observarse en forma grafica:

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

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transistor se sature y actué como un interruptor cerrado entre colector y emisor:

Esta

configuración es utilizada cuando se quiere controlar al transistor como interruptor.

POLARIZACIÓN POR RETROALIMENTACION DEL EMISOR.

Este tipo de polarización proporciona mayor estabilidad del punto de operación que la polarización fija. El efecto de la retroalimentación radica en el hecho de que si por alguna razón (incremento en por

ejemplo) incrementa, entonces el voltaje en aumenta, lo que a su 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 parcialmente balanceado.

El razonamiento anterior parece bueno, pero como se demostrará en los análisis respectivos, el circuito no trabaja adecuadamente para valores prácticos de resistencia.

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BR

Análisis de malla de colector:

( )

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

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 satura pues

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:

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

(Se elige arbitrariamente).

Solución:

5

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

Solución:

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

Solución:

6

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

POLARIZACION POR RETROALIMENTACION DEL COLECTOR.

Este circuito trabaja de la siguiente manera:

Si aumenta, entonces Ci aumenta, provocando que disminuya, esto a su vez produce un

decremento en la tensión de .

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

Una propiedad interesante de este tipo de polarización es que el transistor nunca se satura aun cuando sea igual a cero. A medida que va disminuyendo el punto de operación Q se desplaza

hacia saturación, pero sin llegar a ella, ya que nunca puede ser menor a 0.7V. La base y el colector

es un mismo punto cuando 0BR y el transistor funciona en este caso como un diodo.

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Análisis en la malla de base:

Recta de polarización.

Como y

Análisis en la malla de colector:

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

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POLARIZACION POR DIVISION DE TENSION.

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

Las resistencias y forman un divisor de tensión del voltaje La función de esta red es facilitar la polarización necesaria para que la 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 se empleara 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:

A temperatura ambiente depende

únicamente de . Si queremos que sea casi

independiente de es necesario que

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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 tener esta estabilidad es tener valores de demasiado bajos ya que

. Valores bajos de son

inconvenientes cuando el circuito de polarización forma parte de mi amplificador como se vera mas adelante.

Por el momento bastara con que

haciendo con esto que la corriente de colector

sea

Esto asegura que el transistor queda bien polarizado, con una corriente de emisor constante y que el punto de operación no cambiara de manera significativa si se sustituye el transistor por otro con una distinta.

Análisis en la malla de colector:LVK

1

como y

La corriente de colector en saturación es

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:

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

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(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

Multiplicando la primera ecuación por , tenemos

o lo que es lo mismo

Para encontrar , partimos de hecho de que

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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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