El sesgo en los circuitos de transistores se logra con dos fuentes de CC VBB y VCC. Es económico minimizar la fuente de CC a una fuente en lugar de dos, lo que también simplifica el circuito.
Métodos de polarización de transistores de uso común:
Todos estos métodos tienen el mismo principio básico de obtener el IB y el IC requeridos del VCC en condiciones de señal cero.
En este método, una resistencia RB de alta resistencia se conecta a la base como sugiere el nombre. VCC, que fluye a través de RB, proporciona la corriente de base requerida de la señal cero. La unión base-emisor está polarizada hacia adelante ya que la base es positiva con respecto al emisor.
La corriente de base cero requerida y, por lo tanto, la corriente del colector (como IC = βIB) se puede hacer que se filtre seleccionando el valor RB correcto de la resistencia de base. Por tanto, es necesario conocer el valor de RB. La siguiente figura muestra cómo se ve el circuito de polarización con una resistencia base.
Sea IC la corriente de colector cero requerida. Como consecuencia,
$$ I_B = \frac {I_C} { beta} $$
Considerando un circuito cerrado de VCC, base, emisor y tierra, aplicando la ley de voltaje de Kirchhoff, obtenemos,
$$ V_ {CC} = I_B R_B + V_ {BE} $$
O
$$ I_B R_B = V_ {CC} – V_ {BE} $$
como consecuencia
$$ R_B = \frac {V_ {CC} – V_ {BE}} {I_B} $$
Dado que VBE suele ser bastante pequeño en comparación con VCC, el primero se puede ignorar con poco error. Más tarde,
$$ R_B = \frac {V_ {CC}} {I_B} $$
Sabemos que VCC es un valor conocido fijo y que IB se elige con algún valor apropiado. Dado que RB se puede encontrar directamente, este método se llama método de compensación fija…
Factor de sostenibilidad
$$ S = \frac { beta + 1} {1 – beta \left ( \frac {d I_B} {d I_C} \right)} $$
En el método de sesgo de compensación fija, IB es independiente de IC, entonces,
$$ \frac {d I_B} {d I_C} = 0 $$
Sustituyendo el valor anterior en la ecuación anterior,
Factor de estabilidad, $ S = beta + 1 $
Por lo tanto, el coeficiente de estabilidad en un desplazamiento fijo es (β + 1), lo que significa que IC cambia (β + 1) veces más que cualquier cambio en el ICO.
Mala estabilización, no se puede detener la generación de calor.
El factor de sostenibilidad es muy alto. Por tanto, la probabilidad de escape térmico es alta.
En consecuencia, este método rara vez se utiliza.
El circuito de polarización de la base del colector es el mismo que el circuito de polarización de la base, excepto que la resistencia de la base RB vuelve al colector y no al suministro de VCC, como se muestra en la figura siguiente.
Este circuito ayuda a mejorar significativamente la estabilidad. Si el valor de IC aumenta, el voltaje en RL aumenta y, por lo tanto, VCE también aumenta. Esto a su vez reduce la corriente de base IB. Esta acción compensa de alguna manera el aumento inicial.
El valor de RB requerido para obtener una señal de corriente de colector cero IC se puede calcular de la siguiente manera.
La caída de voltaje en RL será
$$ R_L = (I_C + I_B) R_L cong I_C R_L $$
De la foto,
$$ I_C R_L + I_B R_B + V_ {BE} = V_ {CC} $$
O
$$ I_B R_B = V_ {CC} – V_ {BE} – I_C R_L $$
como consecuencia
$$ R_B = \frac {V_ {CC} – V_ {BE} – I_C R_L} {I_B} $$
O
$$ R_B = \frac {(V_ {CC} – V_ {BE} – I_C R_L) beta} {I_C} $$
Aplicando KVL tenemos
$$ (I_B + I_C) R_L + I_B R_B + V_ {BE} = V_ {CC} $$
O
$$ I_B (R_L + R_B) + I_C R_L + V_ {BE} = V_ {CC} $$
como consecuencia
$$ I_B = \frac {V_ {CC} – V_ {BE} – I_C R_L} {R_L + R_B} $$
Dado que VBE es prácticamente independiente de la corriente del colector, obtenemos
$$ \frac {d I_B} {d I_C} = – \frac {R_L} {R_L + R_B} $$
Lo sabemos
$$ S = \frac {1 + beta} {1 – beta (d I_B / d I_C)} $$
como consecuencia
$$ S = \frac {1 + beta} {1 + beta \left ( \frac {R_L} {R_L + R_B} \right)} $$
Este valor es menor que (1 + β), que se obtiene para una red de sesgo fijo. Por tanto, se observa una mejora en la estabilidad.
Este circuito proporciona retroalimentación negativa que reduce la ganancia del amplificador. Por lo tanto, se logra una mayor resistencia del circuito colector a la polarización de la base aumentando el voltaje de CA.
En este método, la resistencia de base RB se conecta en un extremo a la base y el otro al colector, como sugiere su nombre. En este circuito, la corriente cero de la línea base la determina VCB, pero no VCC.
Está claro que VCB polariza hacia adelante la unión base-emisor y, por lo tanto, la corriente base IB fluye a través de RB. Esto hace que la corriente del colector de la señal cero fluya en el circuito. La siguiente figura muestra la polarización con el circuito de resistencia de retroalimentación del colector.
El valor de RB requerido para obtener el IC de corriente cero se puede determinar de la siguiente manera.
$$ V_ {CC} = I_C R_C + I_B R_B + V_ {BE} $$
O
$$ R_B = \frac {V_ {CC} – V_ {BE} – I_C R_C} {I_B} $$
$$ = \frac {V_ {CC} – V_ {BE} – beta I_B R_C} {I_B} $$
Desde $ I_C = beta I_B $
Como alternativa,
$$ V_ {CE} = V_ {BE} + V_ {CB} $$
O
$$ V_ {CB} = V_ {CE} – V_ {BE} $$
DESDE
$$ R_B = \frac {V_ {CB}} {I_B} = \frac {V_ {CE} – V_ {BE}} {I_B} $$
Dónde
$$ I_B = \frac {I_C} { beta} $$
Matemáticamente,
Factor de estabilidad, $ S <( beta + 1) $
En consecuencia, este método proporciona una mejor estabilidad térmica que el desplazamiento fijo.
Los valores del punto Q para el circuito se muestran como
$$ I_C = \frac {V_ {CC} – V_ {BE}} {R_B / beta + R_C} $$
$$ V_ {CE} = V_ {CC} – I_C R_C $$
Entre todos los métodos de proporcionar desplazamiento y estabilización método de polarización del divisor de voltaje el más famoso. Utiliza dos resistencias, R1 y R2, que están conectadas a VCC y proporcionan sesgo. La resistencia RE utilizada en el emisor proporciona estabilización.
El nombre «divisor de voltaje» proviene del divisor de voltaje formado por R1 y R2. Una caída de voltaje en R2 polariza hacia adelante la unión base-emisor. Esto provoca la corriente de base y, por tanto, la corriente del colector en condiciones de señal cero. La siguiente figura muestra un diagrama esquemático del método de polarización del divisor de voltaje.
Suponga que la corriente I1 fluye a través de la resistencia R1. Dado que la corriente de base IB es muy pequeña, se puede asumir con una precisión razonable que la corriente que fluye a través de R2 también es igual a I1.
Ahora intentemos derivar expresiones para la corriente del colector y el voltaje del colector.
El diagrama muestra que,
$$ I_1 = \frac {V_ {CC}} {R_1 + R_2} $$
Por lo tanto, el voltaje a través de la resistencia R2 es
$$ V_2 = \left ( \frac {V_ {CC}} {R_1 + R_2} \right) R_2 $$
Al aplicar la ley de esfuerzos de Kirchhoff al circuito base,
$$ V_2 = V_ {BE} + V_E $$
$$ V_2 = V_ {BE} + I_E R_E $$
$$ I_E = \frac {V_2 – V_ {BE}} {R_E} $$
Dado que IE ≈ IC,
$$ I_C = \frac {V_2 – V_ {BE}} {R_E} $$
Es obvio por la expresión anterior que IC es independiente de β. El VBE es muy pequeño, por lo que VBE no afecta en absoluto al IC. Por lo tanto, el IC en este circuito es casi independiente de los parámetros del transistor y, por lo tanto, se logra una buena estabilización.
Aplicando la ley de estrés de Kirchhoff al lado del colector,
$$ V_ {CC} = I_C R_C + V_ {CE} + I_E R_E $$
Desde IE ≅ IC
$$ = I_C R_C + V_ {CE} + I_C R_E $$
$$ = I_C (R_C + R_E) + V_ {CE} $$
Como consecuencia,
$$ V_ {CE} = V_ {CC} – I_C (R_C + R_E) $$
RE proporciona una excelente estabilización en este circuito.
$$ V_2 = V_ {BE} + I_C R_E $$
Suponga que hay un aumento de temperatura, luego la corriente del colector de IC disminuye, lo que resulta en una mayor caída de voltaje en RE. Dado que la caída de voltaje en R2 es V2, que es independiente de IC, VBE disminuye. Disminuir el valor de IB restaura el valor de IC original.
Ecuación para Factor de sostenibilidad de este esquema se obtiene como
Factor de estabilidad = $ S = \frac {( beta + 1) (R_0 + R_3)} {R_0 + R_E + beta R_E} $
$$ = ( beta + 1) times \frac {1 + \frac {R_0} {R_E}} { beta + 1 + \frac {R_0} {R_E}} $$
Dónde
$$ R_0 = \frac {R_1 R_2} {R_1 + R_2} $$
Si la relación R0 / RE es muy pequeña, entonces R0 / RE puede despreciarse en comparación con 1, y el coeficiente de estabilidad se vuelve
Factor de estabilidad = $ S = ( beta + 1) times \frac {1} { beta + 1} = 1 $
Este es el valor S más pequeño posible que proporciona la mayor estabilidad térmica posible.
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