Lección B19: Estabilicación del punto de reposo

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LECCIÓN B19: ESTABILIZACIÓN del PUNTO de REPOSO

OBJETIVOS• Influencia de la temperatura sobre la corriente de colector I

C y la

tensión base-emisor VBE

, y medida de la variación de la ganancia en

un circuito amplificador de emisor común con resistencia de emisor.

• Variación de la resistencia de salida de un circuito con resistencia

colector-base.

• Efecto estabilizante de la resistencia de colector-base (RF).

MATERIAL• Unidad básica para sistema IPES (Unidad de alimentación mod.

PSU/EV, Caja de soporte de los módulos mod. MU/EV, Unidad de

control individual mod. SIS1/SIS2/SIS3)

• Módulo de experimentación mod. MCM4/EV

• Osciloscopio

• Multímetro

• Generador de funciones

B19.1 NOCIONES TEÓRICAS

El punto de reposo de un transistor puede variar tanto debido a la

temperatura como porque las características del dispositivo varían

debido al envejecimiento o a la necesidad de sustituir el componente

(dispersión de las características).

Efectos térmicosLa corriente de colector causa una disipación de potencia que se

manifiesta en un aumento de la temperatura de la unión.

La corriente de dispersión de colector ICBO

es proporcional a la

temperatura de la unión: se puede decir que se dobla tras

aproximadamente cada 10° de aumento de la temperatura. Ya que la

corriente de colector IC es igual a I

CBO+α⋅I

E, la corriente total de colector

aumenta con la corriente de dispersión y por consiguiente con la

temperatura de la unión.

También la tensión Base-Emisor VBE

depende de la temperatura. Al

crecer la temperatura, VBE

disminuye de unos 2.5 mV/°C; por

consiguiente IB aumenta y aumenta también I

C.

Lección B19: Estabilicación del punto de reposo

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Circuito de estabilización con resistencia de emisor

Uno de los sistemas más sencillos para estabilizar el punto de trabajo

consiste en la inserción de una resistencia RE en el emisor (figura

B19.1).

fig. B19.1

Por ejemplo, si se supone que ICQ

aumente, aumenta también la caída de

tensión en RE; por consiguiente, la tensión V

BEQ disminuye y con ella

también la corriente de base IBQ

, determinando la disminución de IC.

Circuito de estabilización con resistencia colector-base

También el circuito de la figura B19.2 permite una estabilización del

punto de reposo; en efecto, tras cada aumento de la corriente de colector

aumenta también la caída de tensión en los extremos de RC,

reduciendo la tensión de colector dada por VCE

= VCC

- IC⋅R

C. Ya

que IB vale aproximadamente V

CE/R

F (en realidad I

B = (V

CE - V

BE)/R

F),

se tiene entonces una reducción de la corriente de base y por

consiguiente la corriente de colector IC tiende a disminuir.

fig. B19.2

Circuito con resistencia de emisor: parámetros de estabilidad

Influencia de ICBO

Si se supone que el único parámetro variable sea la corriente inversa de

la unión base-colector (ICBO

), se puede escribir que la estabilidad de

corriente (Si) del circuito esté determinada por:

Lección B19: Estabilicación del punto de reposo

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)RR(

)RR(

I

ISi

EB

EB

CBO

c

⋅β+

+⋅β=

∆

∆= B19.1

o bien:

)Si(

)1Si(

R

R

E

B

−β

−⋅β= B19.2

Cabe observar que cuanto más pequeño es Si, tanto mayor será la

estabilidad. Puede considerarse que un factor de estabilidad Si < 10

caracterice un buen circuito; en este caso, se obtiene RB < 9⋅R

E.

Influencia de VBE

Si ahora se supone que la única magnitud variable sea VBE

, con ICBO

y β

constantes, se tiene un factor de estabilidad de tensión (Sv) igual a:

E

BBE

C

R

R

1

V

ISv

+β

=∆

∆= B19.3

Se puede considerar que un buen circuito tiene una estabilidad de

tensión inferior al 10%; en este caso, con RB < 9⋅R

E la fórmula anterior

se convierte:

Sv = -1/RE B19.4

Esta última fórmula puede escribirse de la siguiente manera:

CE

BE

C

C

IR

V

I

I

⋅

∆=

∆ B19.5

La estabilidad es máxima en este caso para el máximo valor de RE⋅I

C.

Una variación del 5-10% de IC debida a la variación de V

BE es

normalmente aceptable. Esto ocurre seguramente si en la relación B19.5

se pone:

RE · IC ≈ 10-20 · |VBE| B19.6

Lección B19: Estabilicación del punto de reposo

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Influencia de la ganancia ββββ

Si ahora se supone que la única magnitud variable sea β con VBE

e ICBO

constantes, puede escribirse que el factor de estabilidad de ganancia

vale:

∆IC IC · Si2

Sβ = = B19.7

∆β β1 · (1+ß2)

donde Si2

se calcula con la relación B19.1 para β=β2. De esta relación se

puede remontar a RB/R

E calculando S

i2 si se conocen β

1 y β

2.

Caso general

Para un transistor al germanio, un valor de S del orden de 10

generalmente asegura una buena estabilidad respecto a la corriente ICBO

;

en este caso los efectos de las variaciones de β son muy limitados. En

ausencia de datos se puede imponer una caída de tensión en los

extremos de RE igual a 1/10 de la tensión de alimentación o bien una R

E

nueve veces inferior a RB:

RE · IC = Vcc/10 B19.8

RB = 9 · RE B19.9

Para un transistor al silicio, la estabilidad del punto de reposo depende

básicamente de la ganancia β, mientras que puede despreciarse el efecto

debido a ICBO

. En ausencia de datos, es posible elegir una resistencia de

emisor 30 veces inferior a la de base:

RB = 30 · RE B19.10

Lección B19: Estabilicación del punto de reposo

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Efecto de la estabilización en los componentes de señal

El funcionamiento dinámico de un amplificador se modifica con la red

de estabilización; en particular, disminuye considerablemente la

amplificación de tensión.

Se puede eliminar este efecto indeseado excluyendo la red de

estabilización en funcionamiento dinámico:

• en el caso del circuito de la fig. B19.3, se inserta dinámicamente a

masa (para las componentes alternas de señal) el emisor conectando

un condensador en paralelo a RE;

• en el caso del circuito de la fig. B19.4, se inserta dinámicamente a

masa el punto central de RF conectando un condensador.

fig. B19.3 fig. B19.4