103 5.1.7.2. CIRCUITO DE POLARIZACION ESTABILIZADO

UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI
FACULTAD INGENIERIAS
PROGRAMA DE BIOINGENIERIA
FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA
Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M.
5.1.7.2. CIRCUITO DE POLARIZACION ESTABILIZADO EN EMISOR
La red de polarización de la figura de la derecha es muy
similar al de polarización por base pero contiene un
resistor en el emisor para mejorar el nivel de estabilidad
respecto al de la configuración de polarización fija. La
mejor estabilidad se demostrará a través de un ejemplo
numérico que veremos posteriormente en esta clase. El
análisis se llevará a cabo cuando examinemos en primer
lugar la malla base-emisor, y posteriormente utilizando
los resultados para investigar la malla colector-emisor.
La malla emisor-base de la red de la figura anterior puede darse como:
Debemos recordar que
que
Sustituyendo
y que
. El estudiante puede concluir
.
en la ecuación anterior tenemos
Con lo que
Podemos notar que la única diferencia entre esta ecuación para
obtuvo para la configuración de polarización fija es el término
Si analizamos la malla de colector emisor podemos escribir:
103
y la que se
.
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No existe problema alguno si hacemos la aproximación
.
Con esto tenemos que
No olvidemos que la idea es poder determinar el punto
de operación, donde
.
Veamos un ejemplo:
Determine el punto
de
operación del transistor en el
circuito de la derecha.
Lo primero que debemos notar
es que es un circuito en
configuración EC y está en polarización
estabilizada
por
emisor.
Además
los
capacitores de acoplo los podemos abrir para
hacer un análisis en DC y seria tener un
circuito como el de la figura de la izquierda.
Si hacemos un análisis de malla base emisor
tenemos
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Pero
. Es decir
. Reemplazando tenemos
Despejando nos da
Como
, entonces
.
Si escribimos la malla colector emisor entonces
De aquí se tiene que
El punto Q de operación es
.
NOTA: La adición del resistor del emisor a la polarización del BJT ofrece una
mejor estabilidad; esto es, los voltajes y corrientes de polarización de dc
permanecen más cerca de donde los fijó el circuito cuando cambian las condiciones
externas, como la temperatura y la beta del transistor.
Veamos ahora en el ejemplo anterior, cuál es el voltaje máximo de colector emisor
?
El voltaje máximo
decir
se presenta cuando la corriente de colector sea mínima, en
Como
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Entonces
. Por lo tanto
En el mismo circuito, cuál es la corriente máxima de saturación?
La corriente máxima de saturación se da cuando
. Entonces de la ecuación
Tenemos que
De aquí
Se puede dibujar la recta de carga y ubicar el punto Q de operación.
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5.1.7.3. POLARIZACION POR DIVISOR DE TENSION
En
las
configuraciones
de
polarización previas, cada uno
de los componentes del punto
Q son funciones de la ganancia
de corriente
. Sin embargo,
debido a que
es sensible a la
temperatura,
especialmente
para los transistores de silicio,
y de que el valor real de beta
por lo general, no está bien
definido, lo mejor sería desarrollar un circuito que fuera menos dependiente o, de
hecho, independiente de la beta del transistor. La red a la que nos referimos es
configuración de polarización por divisor de voltaje, como la que se muestra en la
figura de la derecha.
Si se analiza sobre una base exacta la sensibilidad a los cambios en beta, resulta ser
muy pequeña. Si los parámetros del circuito se eligen adecuadamente, los niveles
resultantes del punto Q pueden ser casi totalmente
independientes de beta. Recuerde que en análisis
anteriores el punto Q estaba definido por un nivel fijo de
la corriente de colector y del voltaje colector emisor.
La red anterior, al eliminar los capacitores de acoplo,
podemos dibujarla como se observa en la figura de la
derecha.
El voltaje en la base del transistor viene dada por
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La ecuación de base emisor es
y que
. No podemos olvidar que
.
La ecuación de colector emisor es
. Al igual que en las
polarizaciones anteriores se trata de determinar el punto Q de operación.
Veamos un ejemplo:
Determine el punto Q de operación del circuito de la siguiente figura:
Como se desea hacer un estudio en dc, los capacitores de acoplo se abren y el
circuito quedaría como se muestra en la figura siguiente:
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Realizando un divisor de tensión, en la base se tendría un voltaje equivalente a
, entonces
.
Si aplicamos la malla base emisor tenemos
entonces
La corriente de colector será
,
. Por lo tanto
. Luego
La malla de colector emisor será
entonces
. Pero
.
. Como
. Luego
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,
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De la ecuación se tiene que
El punto Q de operación para el circuito es
. El lector deberá
dibujar la recta de carga y ubicar el punto Q de operación en ella.
5.1.7.4.
POLARIZACION
DE
DC
POR
RETROALIMENTACION
DE
VOLATJE.
Un nivel mejorado de
estabilidad también se
obtiene
mediante
introducción
de
trayectoria
la
una
de
retroalimentación
desde el colector a la
base, como se muestra
en la figura de la
derecha.
Aunque
el
punto Q no es totalmente independiente de beta (aun bajo condiciones
aproximadas), la sensibilidad a los cambios en beta o a las variaciones en
temperatura son normalmente menores que las
encontradas
en
la
configuración
de
polarización fija o de polarización en emisor.
De nuevo, el análisis se hará examinando en
primer lugar la malla emisor-base y aplicando
los resultados a la malla colector-emisor.
Si eliminamos los capacitores de acoplo
tenemos el circuito de la izquierda. Es
importante notar que la corriente que circula
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por
, no es
. La corriente es
. Del circuito tenemos que
es muy pequeña, no tenemos problema en considerar que
. Como
.
Organizando la malla de base emisor tenemos:
Como
,
y
, entonces reemplazando y despejando
tenemos que
El resultado es muy interesante en cuanto a que el formato es muy similar a las
ecuaciones para
obtenidas para configuraciones anteriores. El numerador es de
nuevo la diferencia entre los niveles disponibles de voltaje, mientras que el
denominador es la resistencia de la base más los resistores del colector y del emisor
reflejados por beta, Por tanto, la trayectoria de retroalimentación da por resultado un
reflejo de la resistencia
de regreso al circuito de entrada, muy similar al reflejo
de
Analizando la malla de colector emisor tenemos:
Como
e
, entonces
Con esto se tendría el punto Q de operación.
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Determinemos por ejemplo el punto
Q de operación para el circuito de la
derecha.
Por la malla de emisor base, se sabe
que
Con lo que
La corriente de colector es
. Luego
Por la malla de colector emisor se sabe que
. Con lo que
.
En el mismo problema, si
incrementa
y
se incrementa en el 50%, en qué porcentaje se
?
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EJERCICIOS
1. Para cada uno de los circuitos propuestos, determine el punto Q de operación. Establezca
en qué zona trabaja, dibuje la recta de carga y diga el tipo de configuración.
a.
c.
b.
d.
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e.
f.
g.
2. Determine
para la red
de la figura.
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3. Dado
y
, determinar
y
para la red de la figura.
4. La configuración de polarización en emisor de la figura tiene las siguientes
especificaciones:
,
,
y
. Determine
y
.
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5. Para el circuito de la figura, determine los valores de los resistores de manera que se
sostenga el punto Q indicado en el circuito.
6. Para el circuito de la figura, determine los valores de los resistores de manera que se
sostenga el punto Q indicado en el circuito.
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7. Determine el punto Q de operación
para la red de la figura de la derecha.
Qué tipo de configuración tiene?
Se requiere el valor de
para resolver
el problema?
8. Determine el punto Q para la red de la figura. Si queremos llevar el punto Q de operación
de un extremo a otro, entre que valores oscilaría la resistencia de
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?