Fuentes de CorrienteLas fuentes de corriente, sirven para polarizar circuitos con corrientes constantes, para reemplazar resistencias de cargas o resistencias de polarización de emisor.

El BJT como un diodo.La eficiencia en la fabricación y la facilidad con la que las características del dispositivo se pueden acoplar a menudo son los motivos para el uso del BJT como un diodo en el diseño de IC’s. En la figura se observan dos formas de hacer un diodo, al cortocircuitar dos de sus terminales, o así como dejando un terminal sin conectar.Una de las conexiones del diodo más ampliamente usada del BJT. La base y el colector del transistor están conectados; de esta configuración se utiliza la unión emisor-base como diodo.

_

Ic

<

+

<

RIb

<

IR

+V b e

V C CComo vemos en el circuito de la izquierda abajo, el colector ( y la base) están conectados a la alimentación Vcc a través de la resistencia R. Esta tensión positiva polariza la unión base-emisor, y como Vbc = 0 es menor que el voltaje de corte, el diodo colector –base está polarizado inversamente

En consecuencia, el BJT está en la región activa de conducción. De KVL, obtenemos. Ica = (Vcc – VBE) / RCon VBE = 0,7 V en el modo activo, la corriente IR es una constante y sólo depende de la tensión de alimentación Vcc y la resistencia R.Podemos utilizar la KCL para relacionar IR a las corrientes de transistor. Desde IR = Ic + IB = β.IB + IB se convierte en:

IR = (β + 1).IB = [1 + 1/β].IcComo IR es constante y con β>>1, Ic = IR también es constante

Fuentes de corriente de polarización o espejo

Q 1

r oV b e 1 _

Q 2

Q 1<

+

IR

+<

R

_

Ib 2

_ _

12

+Ib 1

B

V c e 1

( b )

C a r g a

Ic 1

V b e 2

C a r g a<

I c 1

+

( c )

R

>

V C C

F i g . 1C a r g a

Ic 1

<

( a )

V c e 1>

Ic 2

+

+V C C

Equivalente de la fuente de corriente. La resistencia ro es la resistencia de salida de la fuente y refleja el hecho que en la práctica la fuente no es lineal.En particular Q1 y Q2 son transistores idénticos, y R se conserva dentro de los límites impuestos por la fabricación. Como ambos transistores son idénticos, las corrientes IC1 e IC2 se pueden expresar como:

IC1 = αIEeVbe1/VT IC2 = αIEeVbe2/VT (1)Sin tener en cuenta el efecto Early ( ) y las componentes de las corrientes debidas a la polarización invers del colector. De la ecuación (1) obtenemos:

[IC1 / IC2] = e(Vbe1 – Vbe2) /VT (2)La expresión para la KLV de la malla que contiene ambas uniones base-emisor vistas en la figura 1(a) da:

VBE1 = VBE2 = VBE (3)

En la figura 1(a) vemos que Q2 está conectado como diodo como se muestra en la figura 1(b). El circuito de figura 1(c) es la representación

El circuito de la figura 1(a) es un arreglo típico para la polarización de circuitos integrados. Este y circuitos similares se los llama fuentes de corriente espejo o espejos de corriente y están diseñados para mantener la corriente IC1 en un valor constante.

La KCL en el nudo B da: IC + 2IB – IR = 0 (5)

Recordando que IC = β.IB y sustituyendo en la ecuación (4) y solucionando la ecuación (5) para IC obtenemos:

IC = [β/β+2].IR = [β/β+2].[VCC – VBE/ R] (6)El resultado expresado en la ecuación (6) indica que IC≈ IR y esencialmente es constante sobre un amplio rango de valores de β.Pues β>>1, β/β+2 es virtualmente uno y como ejemplo IC varía sólo el 3% para 50 ≤ β ≤ 200.Nótese que si β>>1, IC2 ≈ IR. Siempre que Q1 este desconectado. Esta es la base de un espejo de corriente: VCC y R colocan el valor de IC” (el objeto) y la conexión de Q1 mostrado en la figura 1(a) hace (la imagen) IC1 = IC2. Resistencia de salida:

Y consecuentemente, IC1 = IC2 = IC (ecuación 2). Donde β1 = β2 = β de donde tenemos que: IB1 = IB2 = IB.La corriente IR se llama corriente de referencia, y está determinada por la KVL de la relación de la malla que contiene VCC, R, VCE, y solucionando para IR, da: IR = [VCC – VBE] / R (4)

Esencialmente constante. El leve incremento en IC1 se atribuye al efecto Early.La pendiente característica en esta región es el inverso de la resistencia de salida ro de la fuente de corriente. El valor de ro es:

r0 = VA / IC (7)Nótese que si el voltaje Early es infinito, la característica voltaje-corriente es la línea punteada en la figura 2 y ro → ∞ (Un circuito abierto). La operación del espejo de corriente se basa en parte en el hecho que IC1 = IC2. Una consecuencia adicional del efecto Early es que hace IC1 / IC2 diferente de la unidad. Los valores de operación de

S a t u r a c i ó n

F i g 2

V c e 1

I c 1

V c e ( s a t ) = 0 , 3 V

P e n d i e n t e 1 / r o

I cR e g i ó nA c t i v a - d i r e c t a

Para una operación efectiva del circuito se requiere que Q1 opere en la región activa-directa. Este hecho se muestra en la característica voltaje-corriente de la fuente de corriente, IC1, contra VCE1, de la figura 2.Para VCE1 < o,3 V, Q1 está saturado y se comporta como la resistencia rCE(sat). En la región activa-directa (VCE > 0,3 V), IC1 permanece

VCE1 y VCE2 en la figura 1(a) pueden diferir significativamente. La corrección del diodo de Q2 hace que VCE2 = VBE = 0,7 V, mientras los valores típicos de VCE1 están en el rango de 1 a 30 V. Como VCE1 se aumenta, el efecto Early causa que IC1 aumente en un factor de IC[1 + VCE1/VA). Porque VCE2 = 0,7 V<< VA, se tiene que IC1 ≈ IC2 y IC2/IC > 1. Para grandes valores de VCE1, IC1/IC2 puede diferir de la unidad en un 20%. Los circuitos que trataremos máas adelante tienen resistencias de salida mayores que las de la ecuación (7).