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POLARIZACÍÓN DC EN LOS BJT

Semana IV

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PUNTO DE OPERACIÓN

• La corriente de dc y el voltaje resultantes establecen un punto de operación sobre las características que define la región que será empleada para la amplificación de la señal aplicada.

• El punto de operación es un punto fijo sobre las características, o también un punto de reposo (punto Q: quiescent point)

• El circuito de polarización puede diseñarse para establecer la operación del dispositivos en cualquiera de los puntos dentro de la región activa

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PUNTO DE OPERACIÓN

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PUNTO DE OPERACIÓN

• La corriente máxima del colector ICmax y con una línea vertical para el voltaje máximo del colector emisor VCEmax. La restricción de máxima potencia definida por PCmax en el extremo inferior de las escalas, se encuentra la región de corte (IB≤0 µA), y la región de saturación (VCE≤VCEsat).

• El trabajo en estos extremos recortará la vida útil del dispositivo.

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CIRCUITO DE POLARIZACIÓN FIJA

• Proporciona una introducción relativamente directa y simple al análisis de la polarización en dc de los transistores

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CIRCUITO DE POLARIZACIÓN FIJA

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Polarización directa de base-emisor

• Considere la malla del circuito base-emisor de la fig., al escribir la ecuación de voltaje de Kirchhoff,

• Al resolver la ec. Para la corriente IB el resultado es:

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Malla colector-emisor

• Se presenta la sección colector-emisor de la red,

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Malla colector-emisor

• El cambio de RC no afectará el nivel de IB o IC siempre y cuando se permanezca en la región activa del dispositivo.

• El nivel de RC determinará la magnitud de VCE

• Aplicando la ley de voltaje de Kirchhoff

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Malla colector-emisor

• Recuerde que:

• dado que VE = 0V

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Saturación del transistor• Cuando los niveles alcanzan los

valores máximos.• El transistor que opera en la región de

saturación, la corriente es el valor máximo para el diseño particular., el nivel de saturación más alto lo define la corriente máxima del colector.

• Las condiciones de saturación se evita, la unión base-colector no se encuentra en polarización inversa y la señal amplificada de salida se distorsionará.

• La corriente es relativamente alta, El voltaje VCE se a sume cero

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Saturación del transistor

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Análisis por medio de la recta de carga

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Análisis por medio de la recta de carga

• El análisis se ha efectuado utilizando un nivel de β correspondiente con el punto Q resultante.

• Los parámetros de la red definen el rango posible de puntos Q.

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Análisis por medio de la recta de carga

• Las características de salida del transistor también relacionan las mismas dos variables IC y VCE como se muestra en la fig.

• Se tiene una ecuación de red y un conjunto de características que utilizan las mismas variables.

• La solución común de las dos se presentará cuando las restricciones establecidas por cada una, se satisfacen de manera simultánea.

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Análisis por medio de la recta de carga• En la fig. 4.11b se proporcionan las

características del dispositivo de IC en función de VCE. Ahora deberemos sobreponer la línea recta definida por la ec. 4.12 sobre las características. El método más directo para graficar la ec 4.12 sobre las características de salida es utiliza el hecho de que una línea recta se encuentra definida por dos puntos. Si decidimos que IC sea igual a 0 mA en la ec 4.12

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Análisis por medio de la recta de carga

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Análisis por medio de la recta de carga

• Si el nivel de IB se modifica al variar el valor de RB, el punto Q se moverá hacia arriba o abajo.

• Si VCC se mantiene fijo y RC cambia la recta de carga se desplazará

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Análisis por medio de la recta de carga

• Si VCC se mantiene fijo y RC cambia, la recta de carga se desplazará como se muestra en la fig.

• Si IB se mantiene fija, el punto Q se moverá con se aprecia en la fig.

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Análisis por medio de la recta de carga

• Si RC se mantiene fija y VCC varía, la recta de carga se desplazará como se muestra en la fig.

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CIRCUITO DE POLARIZACIÓN ESTABILIZADO EN EMISOR

• La red de polarización de dc de la fig. contiene un resistor en emisor para mejora el nivel de estabilidad de la configuración en polarización fija.

• Para el análisis se examina primeramente la malla base-emisor, y la malla colector emisor.

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CIRCUITO DE POLARIZACIÓN ESTABILIZADO EN EMISOR

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Malla base-emisor

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Malla colector-emisor

• Utilizando la ley de voltaje de Kirchhoff.

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Estabilidad de polarización mejorada

• El incorporar el resistor del emisor para la polarización de dc , proporciona una mejora en la estabilidad, es decir, la corriente y el voltaje en polarización dc permanecerán cercanos a los niveles establecidos por el circuito a pesar de cambios en las condiciones exteriores como la temperatura y la betas del transistor.

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Nivel de saturación• El nivel de saturación del colector o corriente

máxima del colector, para un diseño de polarización en emisor.

• La incorporación del resistor del emisor, redujo el nivel de saturación del colector por debajo del que se obtuvo con una configuración de polarización fija que utiliza el mismo resistor del colector

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POLARIZACION POR DIVISOR DE VOLTAJE

• En polarización previas, la corriente ICQ y el voltaje VCEQ de polarización eran en función de β, pero como β es sensible a la temperatura, especialmente para los transistores de silicio, y a que el valor real de beta normalmente no se encuentra bien definido.

• Se tiene un circuito que sea menos dependiente de o mejor independiente de beta del transistor

• La sensibilidad a los cambios de beta es muy pequeña.

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POLARIZACION POR DIVISOR DE VOLTAJE

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POLARIZACION POR DIVISOR DE VOLTAJE

• Análisis exacto

– La red equivalente de Thévenin

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POLARIZACION POR DIVISOR DE VOLTAJE

• Calculando el voltaje Thevenin

• Al sustituir IE=(β+1)IB y resolver para IB tenemos:

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POLARIZACION POR DIVISOR DE VOLTAJE

• Análisis aproximado– La resistencia Ri es la resistencia equivalente entre

la base y la tierra para el transistor con un resistor en el emisor. Ri=(β+1)RE. Si Ri>>R2 la IB será menor que I2, I2≈I1

– Si IB es cero entonces I1=I2 y R1 y R2 en serie– Por divisor de voltaje– Considerando que

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POLARIZACION POR DIVISOR DE VOLTAJE

• La condición que definirá si el enfoque aproximado puede aplicarse será:

• Determinado el VB, el nivel de VE será:

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POLARIZACION POR DIVISOR DE VOLTAJE

• Dado que IE≈IC

• En los cálculos, beta no aparece y que IB no fue calculada. El punto Q (según se determinó por ICQ y VCEQ)será por lo tanto independiente del valor de beta.

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POLARIZACION POR DIVISOR DE VOLTAJE

• Saturación del transistor– La corriente de saturación (donde VCE se hace

cero) será:

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POLARIZACIÓN CON RETROALIMENTACIÓN DE VOLTAJE

• Para obtener un mejor nivel de estabilidad se introduce una trayectoria de retroalimentación desde el colector a la base,

• A pesar que el punto Q no es completamente independiente de beta, la sensibilidad ante cambios de beta, temperatura, es menor que en configuración Fija, polarización en emisor.

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POLARIZACIÓN CON RETROALIMENTACIÓN DE VOLTAJE

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POLARIZACIÓN CON RETROALIMENTACIÓN DE VOLTAJE

• Malla base - emisor

• IC’=IC+IB donde IC’≈IC

• IC’≈IC=βIB e IE≈IC

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POLARIZACIÓN CON RETROALIMENTACIÓN DE VOLTAJE

• Malla colector – emisor

• Es igual al obtenido para las configuraciones de polarización en emisor y de divisor de voltaje.

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POLARIZACIÓN CON RETROALIMENTACIÓN DE VOLTAJE

• Condiciones de saturación– Si IC’=IC, la corriente de saturación será:

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Diseño de un circuito de polarización con un resistor de retroalimentación en emisor

• Consideremos el diseño de los componentes en polarización de dc que cuenta con estabilización por resistor en emisor.

• El voltaje de la fuente y el punto de operación fueron seleccionados de la información del fabricante.

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Diseño de un circuito de polarización con un resistor de retroalimentación en emisor

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Diseño de un circuito de polarización con un resistor de retroalimentación en emisor

• El voltaje del emisor a tierra es normalmente de cerca de una cuarta parte a una décima parte del voltaje de alimentación. Con una decima parte nos permitirá calcular la RE y RC

• En el siguiente ejemplo efectuaremos un diseño completo de la red.

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Diseño de un circuito con ganancia de corriente estabilizada (independiente de beta)

• El circuito proporciona estabilización ante cambios provocados tanto por fugas de corriente como por ganancia en ésta

• Se debe de obtener los valores de los cuatro resistores mostrados para el punto de operación señalado.

• Los pasos para el diseño se muestra en el siguiente ejemplo

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Diseño de un circuito con ganancia de corriente estabilizada (independiente de beta)

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Redes de conmutación con transistores

• La utilización de los transistores no se limita a amplificadores.

• Mediante un diseño apropiado se utiliza como interruptores

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Redes de conmutación con transistores

• El punto de operación alterna entre corte y saturación

• Asumiremos que IC=ICE0=0mA cuando IB=0µA

• Además VCE=VCEsat=0V

• Cuando Vi = 5V el transistor estará encendido, garantizar que la red esta altamente saturada por un nivel de IB mayor que el asociado con la curva de IB.

• El la fig. IB>50µA. El nivel de saturación será:

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Redes de conmutación con transistores

• El nivel de IB en la región activa justo antes de que ocurra la saturación puede aproximarse:

• Para el nivel de saturación se debe de satisfacer:

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Redes de conmutación con transistores

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Redes de conmutación con transistores