Análisis de la línea de carga de transistores.
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Hasta ahora, hemos discutido varias áreas de operación de transistores. Pero entre todas estas áreas, encontramos que el transistor funciona bien en el área activa y, por lo tanto, también se llama región lineal… Las salidas de transistor son corriente de colector y voltaje de colector.
Al considerar las características de salida de un transistor, la curva para varios valores de entrada se parece a la que se muestra a continuación.
La figura anterior muestra las características de salida entre la corriente del colector IC y voltaje del colector VCE para diferentes valores de corriente base IB… Aquí se consideran para diferentes valores de entrada con el fin de obtener diferentes curvas de salida.
Cuando se considera el valor máximo de corriente del colector posible, este punto estará presente en el eje Y, que no es más que Punto de saturación… Además, cuando se considera el valor de la máxima tensión colector-emisor posible, este punto estará presente en el eje X, que es Punto de corte…
Cuando se dibuja una línea que conecta estos dos puntos, dicha línea se puede llamar Linea de carga… Se llama así, ya que simboliza la salida bajo carga. Esta línea, dibujada sobre la curva característica de salida, toca un punto llamado Punto de trabajo o punto de descanso o simplemente Punto Q…
El concepto de línea de carga se puede entender en el siguiente gráfico.
La línea de carga se dibuja conectando los puntos de saturación y corte. El área que se encuentra entre estos dos es región lineal… El transistor actúa como un buen amplificador en esta región lineal.
Si esta línea de carga se dibuja solo cuando se aplica polarización de CC al transistor, pero sin entrada se da la señal, entonces dicha línea de carga se llama Línea de carga DC… Mientras que una línea de carga trazada en condiciones donde señal de entrada junto con voltaje constante, tal línea se llama Línea de carga CA…
Cuando se aplica un voltaje de polarización al transistor y no se aplica ninguna señal a su entrada, la línea de carga dibujada en tales condiciones puede entenderse como REGIÓN DE COLUMBIA condición. No habrá ganancia aquí, ya que sin señal… El circuito será como se muestra a continuación.
El valor de voltaje colector-emisor en cualquier momento será
$$ V_ {CE} = V_ {CC} – I_C R_C $$
Como VCC y RC son valores fijos, la ecuación anterior es una ecuación de primer grado y, por lo tanto, será una línea recta en las características de salida. Esta línea se llama Línea de carga DC… La siguiente figura muestra la línea de carga de CC.
Para obtener una línea de carga, debe definir dos puntos finales de una línea recta. Sean estos dos puntos A y B.
Cuando el voltaje colector-emisor VCE = 0, la corriente del colector es máxima e igual a VCC / RC. Esto da el VCE máximo. Esto se muestra como
$$ V_ {CE} = V_ {CC} – I_C R_C $$
$$ 0 = V_ {CC} – I_C R_C $$
$$ I_C = V_ {CC} / R_C $$
Esto da el punto A (OA = VCC / RC) en el eje de corriente del colector que se muestra en la figura anterior.
Cuando la corriente del colector IC = 0, entonces el voltaje del colector-emisor es máximo y será igual a VCC. Esto da el valor máximo de IC. Esto se muestra como
$$ V_ {CE} = V_ {CC} – I_C R_C $$
$$ = V_ {CC} $$
(COMO IC = 0)
Esto da el punto B, que significa (OB = VCC) en el eje de voltaje colector-emisor que se muestra en la figura anterior.
Por lo tanto, hemos determinado tanto el punto de saturación como el punto de corte, y aprendimos que la línea de carga es una línea recta. Entonces, puede dibujar una línea de carga de CC.
La línea de carga de CC discutida anteriormente analiza el cambio en las corrientes y voltajes del colector cuando no se aplica voltaje de CA. Mientras que la línea de carga de CA proporciona la variación de voltaje o la variación de salida máxima posible para un amplificador dado.
Veremos el circuito equivalente de CA de un amplificador CE para nuestra comprensión.
De la imagen de arriba
$$ V_ {CE} = (R_C // R_1) times I_C $$
$$ r_C = R_C // R_1 $$
Para que un transistor funcione como amplificador, debe permanecer en la región activa. El punto estacionario se elige de modo que la desviación máxima de la señal de entrada sea simétrica tanto para semiciclos negativos como positivos.
Como consecuencia,
$ V_ {max} = V_ {CEQ} $ y $ V_ {min} = -V_ {CEQ} $
Donde VCEQ es el voltaje emisor-colector en el punto de reposo.
El siguiente gráfico muestra una línea de carga de CA dibujada entre los puntos de saturación y de corte.
Del gráfico anterior, el IC actual en el punto de saturación es
$$ I_ {C (sat.)} = I_ {CQ} + (V_ {CEQ} / r_C) $$
El voltaje VCE en el punto de corte es
$$ V_ {CE (apagado)} = V_ {CEQ} + I_ {CQ} r_C $$
Por lo tanto, la corriente máxima para el VCEQ = VCEQ / (RC // R1) correspondiente es
$$ I_ {CQ} = I_ {CQ} * (R_C // R_1) $$
Por lo tanto, al agregar corrientes de reposo, los puntos finales de la línea de carga de CA se vuelven
$$ I_ {C (Sáb)} = I_ {CQ} + V_ {CEQ} / (R_C // R_1) $$
$$ V_ {CE (apagado)} = V_ {CEQ} + I_ {CQ} * (R_C // R_1) $$
Cuando las líneas de carga de CA y CC se trazan en el gráfico, se puede entender que no son idénticas. Ambas líneas se cruzan en Punto Q o punto de descanso… Los puntos finales de la línea de carga de CA son los puntos de saturación y de corte. Esto se puede ver en la siguiente figura.
De la figura anterior, está claro que el punto de reposo (punto oscuro) se obtiene cuando la corriente de base IB es de 10 mA. Este es el punto donde se cruzan las líneas de carga de CA y CC.
En el próximo capítulo, discutiremos el concepto punto de descanso o punto de operación en detalle.
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