Polarización BJT

POLARIZACIÓN DEL
TRANSISTOR BIPOLAR
PUNTO DE FUNCIONAMIENTO.
CIRCUITO DE POLARIZACIÓN FIJA
4 POLARIZACIÓN: Establecimiento de un punto Q de trabajo o
funcionamiento => aplicar tensiones y corrientes adecuadas
CIRCUITO DE POLARIZACIÓN FIJA
VCC
RC
RB
+
C1
Vi
_
IC
IB
C1 y C2: condensadores de bloqueo
C2
+
+
VCE
_
RL
VO
_
1
IC =
Recta de carga en continua:
VCC − VCE
RC
Recta de carga en alterna: recta con pendiente
IC (mA)
IC max
IB =
VCC
RC
160
Q2
1
RC || RL
μA
μA
140
μA
120
μA
100
A
80 μ
60 μA
Recta de carga alterna
Recta de carga continua
40 μA
Q1
IC
−
20 μA
PC max
IB = 0
2
4
6 VC 8
10
VCC VC max
VCE (V)
4 Elección de RB para fijar Q1 en medio de la recta de carga estática para
obtener una excursión máxima de IB dentro de la zona activa o lineal
IB =
VCC − VBE VCC
≈
RB
RB
-> Independiente de la temperatura
normalmente (VCC >> VBE)
4 Recta de carga dinámica: pendiente distinta a la recta de carga estática
(-1/RL||RC) => necesidad de pasar de Q1 a Q2
2
INCONVENIENTES DE LA
POLARIZACIÓN FIJA
4 CAMBIO DE UN TRANSISTOR POR OTRO -> dispersión de β
IC (mA)
IB4
IB3
VCC
RC
IB2
Q1
IB1
VCE (V)
VCC
4 INESTABILIDAD TÉRMICA
β aumenta con la temperatura
I C = (1 + β ) ⋅ I C 0 + β ⋅ I B
IC (mA)
IC0 se duplica por cada 10 ºC de aumento
de la temperatura (más importante en el
Ge que en Si)
IC (mA)
IB = 0,8 mA
VCC
RC
IB = 0,6 mA
Q
VCC
RC
IB = 0,6 mA
IB = 0,4 mA
IB = 0,2 mA
Q
IB = 0,4 mA
IB = 0,2 mA
T = 25 ºC
VCC V (V)
CE
VCC V (V)
CE
T = 100 ºC
3
AUTOPOLARIZACIÓN O
POLARIZACIÓN POR EMISOR
Existen diferentes técnicas para estabilizar el punto de funcionamiento o
trabajo. La más usada consiste en poner una resistencia en el emisor y un
divisor resistivo en la base.
VCC
RC
R1
IB1
IC
+
Vi
IB
C
VCE
_
ANÁLISIS CUALITITIVO
Si IC↑ => VRE↑ => VB↑ =>
=> IB1↓ IB2↑ => IB↓ => IC↓ =>
=> El circuito se autocompensa
IE = IC + IB
IB2
R2
RE
4 ANÁLISIS CUANTITATIVO
CIRCUITO EQUIVALENTE
VCC
equivalente
Thevenin
RC
V = VCC
RB
Vi
RB =
C
V
R2
R1 + R2
R1 ⋅ R2
R1 + R2
RE
V = I B ⋅ RB + VBE + ( I B + I C )RE ⇒ I B =
V − VBE − I C ⋅ RE
RB + RE
4
V = I B ⋅ RB + VBE + ( I B + I C )RE ⇒ I B =
I C = β ⋅ I B + (1 + β )I C 0 ⇒ I C =
V − VBE − I C ⋅ RE
RB + RE
V − VBE + (RB + RE )
RB
β
β >> 1 ⇒
β +1
≈1
β
IC ≈
+
β +1
I
β C0
(β + 1)RE
β
V − VBE + (RB + RE )I C 0
RB
+ RE
β
FACTORES DE ESTABILIDAD
IC ≈
V − VBE + (RB + RE )I C 0
RB
+ RE
β
4 CAUSAS DE VARIACIÓN DE IC:
* Variación de IC0 con la temperatura (se duplica cada 10 ºC)
* VBE disminuye 2,5 mV/ºC
* β aumenta con la temperatura y varía de un transistor a otro
5
Se definen los factores de estabilidad siguientes:
S=
∂I C
ΔI
≈ C
∂I C 0 ΔI C 0
S´ =
∂I C
ΔI C
≈
∂VBE ΔVBE
S´´=
∂I C ΔI C
≈
∂β
Δβ
De tal manera que:
ΔI C = S ⋅ ΔI C 0 + S´⋅ΔVBE + S´´⋅Δβ
4 ANÁLISIS EN EL CIRCUITO AUTOPOLARIZADO
IC ≈
V − VBE + (RB + RE )I C 0
RB
+ RE
β
S=
S´ =
∂I C
R + RE
R
= B
≈ 1+ B
∂I C 0 RB + R
RE
E
β
β >> 1
∂I C
1
1 mA
=−
≈−
RB
RE V
∂VBE
+ RE
β
β >> 1
I C (RB + β ⋅ RE )
2
∂I
S´´= C =
∂β
β
− RE ⋅ I C (RB + β ⋅ RE )
(RB + β ⋅ RE )
2
=
β ⋅ RE ⎞
IC ⎛
⎜⎜1 −
⎟mA
β ⎝ RB + β ⋅ RE ⎟⎠
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La variación total de IC en un margen de temperatura es:
ΔI C =
I ⎛
β ⋅ RE
RB + RE
1
ΔI C 0 −
ΔVBE + C ⎜⎜1 −
RB
RB
β ⎝ RB + β ⋅ RE
+ RE
+ RE
β
β
⎞
⎟⎟ Δβ
⎠
β aumenta
Si la temperatura aumenta =>
IC0 aumenta
VBE disminuye
Esto implica que los tres términos de la ecuación son positivos y la
IC aumenta por triple motivo
PUNTO DE FUNCIONAMIENTO ESTABLE
Técnicas de estabilización
(circuitos resistivos: autopolarización)
Punto de funcionamiento
estable
Técnicas de compensación
(empleo de elementos sensibles a la T.,
como por ejemplo diodos, transistores,
termistores, etc.)
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4POLARIZACIÓN POR COMPENSACIÓN
Transistores con idéntica VBE
VCC
T1 y T2 idénticos y
RC
R1
IB1
IB2
Vi
IC2 = IC1 = constante
T2
C
IC1
T1
TRT de
compensación
I C1 =
VBE1 = VBE2 =>
VCC − VBE
V
− I B1 − I B 2 ≈ CC
R1
R1
-> constante con la temperatura
Se utiliza en circuitos integrados -> se ahorra espacio debido a la no
utilización de RE y de R2
Compensación de IC0 por diodo (transistores de Ge)
VCC
I
Diodo y transistor del
mismo material e
idéntico coeficiente
de temperatura
RC
R1
IB
IC
ID
I=
VCC − VBE VCC
≈
= cte
R1
R1
IB = I − ID
I C = β ⋅ I − β ⋅ I D + (1 + β )I C 0 ≈ β ⋅ I
β >> 1
I D = IC 0
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Compensación mediante NTC
VCC
RNTC
RC
IB1
IB
C
IB2
R2
Si T↑ => IC↑
IC
+
B
Vi
ANÁLISIS CUALITITIVO
VCE
_
Si T↑ => RNTC↓ => VRntc↓ =>
VB↑ => IB2↑ => IB↓ => IC↓
RE
Compensación mediante PTC
VCC
RC
R1
IB1
C
IB
RPTC
IB2
Si T↑ => IC↑
IC
+
B
Vi
ANÁLISIS CUALITITIVO
VCE
_
Si T↑ => RPTC↑ => VRptc↑ =>
VB↑ => IB1↓ => IB↓ => IC↓
RE
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