b18 polarizaciÓn del transistor
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Lección B18: Polarización del transistor
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LECCIÓN B18: POLARIZACIÓN del TRANSISTOR
OBJETIVOS• Medida del punto de reposo y su posición en la recta de carga.
• Polarización clase A, B y C.
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
• Multímetro
• Osciloscopio
• Generador de funciones
B18.1 NOCIONES TEÓRICAS
Polarizar un transistor significa fijar las tensiones y las corrientes de
modo que tomen un determinado valor, al cual le corresponde en el
plano de las características un punto Q bien definido, denominado punto
"de reposo" o "de trabajo” del circuito.
La red de polarización consta de un conjunto de elementos circuitales a
situarse en torno al dispositivo activo para asegurar que el
funcionamiento de éste último se realice en el punto de reposo.
Polarización de un transistor de emisor común
Circuito y característica de salida
Un circuito de polarización para emisor común está representado en la
figura B18.1.
La polarización consiste en la determinación de los componentes
externos al transistor que fijan en un determinado valor las magnitudes
IC, V
CE, I
B. Estos tres valores, indicados con I
CQ-V
CEQ-I
BQ, constituye el
"punto de reposo Q" del transistor.
figura B18.1 figura B18.2
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Determinación de los componentes de polarización
Para dimensionar los componentes que garantizan la polarización de un
transistor pueden utilizarse dos métodos: uno gráfico, con el empleo de
las curvas características, y uno analítico.
Método analítico
1. Se calcula la resistencia de colector RC con la relación que procede
de la red del circuito Colector-Emisor (VCC
=VCE
+ RC⋅I
C):
RC = (Vcc - VCEQ)/ICQ B18.1
donde VCC
es la tensión de alimentación.
2. Se calcula con la relación siguiente la corriente de base IBQ
que
provoca una corriente de colector ICQ
:
IBQ = ICQ / ββββ B18.2
donde β es la ganancia de corriente del transistor.
3. Se calcula la resistencia de base RB con la relación que procede de la
red de entrada VBB = VBE +RB · IB :
RB = (VBB - 0.7) / IBQ B18.3
donde 0.7V debe considerarse la VBEQ
del transistor y VBB
es la
tensión de alimentación de la unión Base-Emisor.
Método gráfico
Se define "recta de carga" de un circuito de polarización la línea que
une el punto (VCEM
,0) con el punto (0,ICsat) en la curva característica de
salida del transistor. VCEM
es la tensión máxima entre colector y emisor,
y es igual a la tensión de alimentación VCC
, mientras que ICsat es la
corriente de colector máxima denominada "corriente de saturación"
(IC = ICsat para V
CE = 0 voltios).
1. Se fija el punto de reposo "Q" en la curva característica de salida.
2. Se determina el valor de ICsat trazando la recta de carga que pasa
por el punto de reposo y por (VCEM
,0) (figura B18.3).
3. Se calcula la resistencia de colector RC
con la fórmula que procede de
la ecuación de la recta de carga (Vcc = VCE +RC · IC):
RC = Vcc / ICsat B18.4
4. Se determina el valor de IBQ
en la curva característica de salida para
el cual la curva IC = f (V
CE) pasa por el punto de reposo (I
CQ, V
CEQ).
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5. Se determina el valor de VBEQ
en la curva característica de entrada
VBE
= f (IB) que corresponde a I
BQ.
6. Se calcula RB con la relación que procede de la ecuación del circuito
de alimentación de la unión Base-Emisor VBB = VBE + RB · IB :
RB = (VBB - VBEQ) / IBQ B18.5
fig. B18.3
Zonas de funcionamiento del transistor
En la curva característica de salida IC = f (V
CE) pueden definirse tres
áreas de trabajo diferentes del transistor (fig. B18.4).
• zona I: VBE
es igual a 0 voltios e IC alcanza valores muy bajos; por
lo tanto, VCE
depende sólo de la tensión de alimentación VCC
. En
estas condiciones de funcionamiento el transistor está "bloqueado" o
"en corte".
• zona II: IC es una función lineal de I
B y es prácticamente
independiente de VCE
. En estas condiciones el transistor se encuentra
en la zona "activa".
• zona III: VCE
alcanza valores muy bajos e IC depende sólo de la
tensión de alimentación y de la resistencia de colector RC (ICsat
=VCC
/RC). El transistor se encuentra en la zona de "saturación".
fig. B18.4
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Circuito de polarización con una sola tensión de alimentación
El circuito que se muestra en la figura B18.1 puede realizarse con una
sola tensión de alimentación mediante un divisor al efecto (figura
B18.5). Las fórmulas anteriores para la determinación del punto de
reposo no varían si se utilizan las siguientes relaciones:
VBB = Vcc · R2 / (R2+R1) B18.6
RB = R1 · R2 / (R1+R2) B18.7
R1 = RB · Vcc / VBB B18.8
R2 = RB · Vcc / (Vcc - VBB) B18.9
fig. B18.5
Clases de funcionamiento
Los circuitos que utilizan el transistor como amplificador se pueden
representar mediante una curva característica de transferencia como la
que se muestra en la figura B18.6.
fig. B18.6
Las señales a amplificar generalmente varían en el tiempo. En algunas
aplicaciones se desea amplificar sólo una parte de la onda de entrada, lo
cual resulta posible si se define de manera adecuada el punto de reposo
del transistor. Las diferentes formas de funcionamiento pueden
subdividirse en tres categorías, denominadas "clase A", "clase B" y
"clase C".
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Clase AEn la clase A el punto de trabajo está situado en el centro del trecho
rectilíneo de la curva de transferencia; en este caso, si las excursiones de
la corriente de base, por efecto de la señal a ésta aplicada, son tales
como para permanecer dentro de la zona de linealidad, la forma de onda
en la salida del amplificador reproduce fielmente la de la señal de
entrada. Por consiguiente, la corriente de colector circula durante toda la
duración del ciclo de la señal de entrada y su valor medio se mantiene
constantemente idéntico al de reposo. La figura B18.7 muestra un
ejemplo de amplificación con polarización del transistor en clase A.
fig. B18.7
Ya que el intervalo en el cual varían tanto la corriente de base como la
corriente de colector es más bien estrecho debido a la linealidad, se
desprende que del transistor no se puede "extraer" toda su potencia
desarrollable. Esta potencia máxima corresponde a la máxima excursión
posible de la corriente de colector; es decir, de cero a la saturación. Por
consiguiente, el resultado es que el rendimiento del amplificador,
definido como la relación entre la potencia proporcionada a la salida (Po)
y la potencia de alimentación (VCC
⋅ICQ
), es más bien bajo.
Clase BEn este caso el punto de reposo está localizado cerca del punto de corte
y, en ausencia de señal de entrada, la corriente de colector es muy baja.
En presencia de señal la corriente circula sólo en correspondencia con la
excursión positiva de la señal aplicada. La parte negativa de la señal de
entrada, siendo inferior al valor de corte, provoca un bloqueo total de la
corriente de colector. La figura B18.8 muestra un ejemplo de aplicación
de la clase B.
En el caso de señal de tensión alterna, la corriente de colector circula
sólo durante medio período, o sea 180 grados. Este ángulo se denomina
ángulo de circulación; por lo tanto, para obtener una reconstrucción de
la señal, se deberán utilizar dos transistores que conduzcan
alternativamente. El rendimiento propio del funcionamiento en clase B
es superior al del funcionamiento en clase A.
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fig. B18.8
Clase CEn la clase C el punto de trabajo está sensiblemente desplazado fuera del
punto de corte. El transistor proporciona la señal de salida sólo en
correspondencia de aquel intervalo del ciclo de la señal de entrada
durante el cual la tensión de base supera el umbral de corte. El ángulo de
circulación se reduce aún más respecto a los valores anteriormente
expuestos y es inferior a 180 grados. Los impulsos de corriente de
colector son más bien estrechos y tienen una duración inferior a medio
período.
La figura B18.9 muestra un ejemplo de amplificación en clase C.
fig. B18.9
El amplificador clase C se caracteriza por una notable deformación de la
señal de salida y por la capacidad de proporcionar un rendimiento
elevado.