Transistores

MARCO TEÓRICO

POLARIZACIÓN UNIVERSAL

Fig.1: Circuito de polarización universal

En la figura se muestra un circuito con polarización universal capaz de compensar los desequilibrios producidos por la ICB0(1), β y VBE. El circuito está constituido por un divisor de tensión, formado por R1 y R2, conectado a la base del transistor, y por una resistencia de emisor RE. Las variaciones de ICB0, β y VBE por efecto de la temperatura se traducen en un aumento de la corriente de colector IC. Cuando IC tiende a aumentar la caída de tensión en RE también aumenta, como la tensión en el divisor de tensión en el punto A es casi constante, el aumento de voltaje en RE provoca que disminuya el voltaje entre base-emisor y esto a su vez disminuye la IB lo que provoca una reducción de IC y esto compensa su subida, en consecuencia manteniéndola estable ante variaciones de la temperatura.

Al utilizar el sistema de polarización universal, la ecuación de la recta de carga viene dada por:

ecuación 2.1

El punto de corte con el eje de ordenadas IC, es decir cuando VCE = 0, tendrá el valor:

IC = Vcc /(RC+RE)

En la figura siguiente se muestra la recta de carga que corresponde a la ecuación 2.1 (en color verde) junto a la recta de carga de un circuito equivalente donde la RE = 0 (en color azul).

Estudio simplificado

En este apartado haremos un análisis aproximado del circuito de polarización universal y de la estabilidad ante variaciones de la temperatura.

Las resistencias R1 y R2 del circuito de la Figura 1 proporcionan en el punto A un determinado nivel de tensión y que corresponde a la base del transistor. Para hallar ese valor de tensión recurrimos a lo visto en el divisor de voltaje:

De esta manera el circuito simplificado aplicando estos cambios quedará así:

VA = Vcc .[R2/(R1+R2] ecuación 2.2

La resistencia equivalente que se observa desde la base del transistor es:

RB = R1.R2/(R1+R2) ecuación 2.3

De este circuito podemos obtener la siguiente ecuación:

ecuación 2.4

En la cual, si IB.RB << VA e IE ≈ IC, podemos escribir la siguiente expresión:

ecuación 2.5

Que nos indica que la corriente de colector IC es independiente de la ganancia de corriente en continua β del transistor, y por lo tanto la sustitución de un transistor por otro de la misma serie, con un valor de β distinto no perturba el punto de reposo Q.

Criterios para el diseño del circuito

La estabilidad del punto de funcionamiento en continua Q es mayor cuanto más grande sea la resistencia RE, pero un valor muy elevado de esta reduciría considerablemente la corriente de colector IC y en consecuencia la amplitud de una posible señal de salida del amplificador; por esta razón es necesario encontrar un valor de compromiso para la resistencia de emisor RE. La RE suele ser menor que la RC, siendo válida la siguiente regla:

RE ≈ ¼. RC de la cual deducimos que la resistencia de emisor debe tener un valor de aproximadamente el 25% del valor de la de colector.

Conocido el valor de RE y de la corriente de colector, podemos calcular la caída de tensión sobre RE:

VRE = IC. RE

Si despreciamos la caída de tensión en RB, es decir IB. RB, el valor de la tensión en la base será la misma que en el divisor de tensión, o sea que VA, por lo tanto tendremos:

VA = VRE + VBE = IC. RE + VBE

La estabilidad del punto de reposo también depende de la relación entre RB y RE, siendo más estable cuanto menor es dicha relación.

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