UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. 5.1.7.2. CIRCUITO DE POLARIZACION ESTABILIZADO EN EMISOR La red de polarización de la figura de la derecha es muy similar al de polarización por base pero contiene un resistor en el emisor para mejorar el nivel de estabilidad respecto al de la configuración de polarización fija. La mejor estabilidad se demostrará a través de un ejemplo numérico que veremos posteriormente en esta clase. El análisis se llevará a cabo cuando examinemos en primer lugar la malla base-emisor, y posteriormente utilizando los resultados para investigar la malla colector-emisor. La malla emisor-base de la red de la figura anterior puede darse como: Debemos recordar que que Sustituyendo y que . El estudiante puede concluir . en la ecuación anterior tenemos Con lo que Podemos notar que la única diferencia entre esta ecuación para obtuvo para la configuración de polarización fija es el término Si analizamos la malla de colector emisor podemos escribir: 103 y la que se . UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. No existe problema alguno si hacemos la aproximación . Con esto tenemos que No olvidemos que la idea es poder determinar el punto de operación, donde . Veamos un ejemplo: Determine el punto de operación del transistor en el circuito de la derecha. Lo primero que debemos notar es que es un circuito en configuración EC y está en polarización estabilizada por emisor. Además los capacitores de acoplo los podemos abrir para hacer un análisis en DC y seria tener un circuito como el de la figura de la izquierda. Si hacemos un análisis de malla base emisor tenemos 104 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. Pero . Es decir . Reemplazando tenemos Despejando nos da Como , entonces . Si escribimos la malla colector emisor entonces De aquí se tiene que El punto Q de operación es . NOTA: La adición del resistor del emisor a la polarización del BJT ofrece una mejor estabilidad; esto es, los voltajes y corrientes de polarización de dc permanecen más cerca de donde los fijó el circuito cuando cambian las condiciones externas, como la temperatura y la beta del transistor. Veamos ahora en el ejemplo anterior, cuál es el voltaje máximo de colector emisor ? El voltaje máximo decir se presenta cuando la corriente de colector sea mínima, en Como 105 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. Entonces . Por lo tanto En el mismo circuito, cuál es la corriente máxima de saturación? La corriente máxima de saturación se da cuando . Entonces de la ecuación Tenemos que De aquí Se puede dibujar la recta de carga y ubicar el punto Q de operación. 106 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. 5.1.7.3. POLARIZACION POR DIVISOR DE TENSION En las configuraciones de polarización previas, cada uno de los componentes del punto Q son funciones de la ganancia de corriente . Sin embargo, debido a que es sensible a la temperatura, especialmente para los transistores de silicio, y de que el valor real de beta por lo general, no está bien definido, lo mejor sería desarrollar un circuito que fuera menos dependiente o, de hecho, independiente de la beta del transistor. La red a la que nos referimos es configuración de polarización por divisor de voltaje, como la que se muestra en la figura de la derecha. Si se analiza sobre una base exacta la sensibilidad a los cambios en beta, resulta ser muy pequeña. Si los parámetros del circuito se eligen adecuadamente, los niveles resultantes del punto Q pueden ser casi totalmente independientes de beta. Recuerde que en análisis anteriores el punto Q estaba definido por un nivel fijo de la corriente de colector y del voltaje colector emisor. La red anterior, al eliminar los capacitores de acoplo, podemos dibujarla como se observa en la figura de la derecha. El voltaje en la base del transistor viene dada por 107 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. La ecuación de base emisor es y que . No podemos olvidar que . La ecuación de colector emisor es . Al igual que en las polarizaciones anteriores se trata de determinar el punto Q de operación. Veamos un ejemplo: Determine el punto Q de operación del circuito de la siguiente figura: Como se desea hacer un estudio en dc, los capacitores de acoplo se abren y el circuito quedaría como se muestra en la figura siguiente: 108 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. Realizando un divisor de tensión, en la base se tendría un voltaje equivalente a , entonces . Si aplicamos la malla base emisor tenemos entonces La corriente de colector será , . Por lo tanto . Luego La malla de colector emisor será entonces . Pero . . Como . Luego 109 , UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. De la ecuación se tiene que El punto Q de operación para el circuito es . El lector deberá dibujar la recta de carga y ubicar el punto Q de operación en ella. 5.1.7.4. POLARIZACION DE DC POR RETROALIMENTACION DE VOLATJE. Un nivel mejorado de estabilidad también se obtiene mediante introducción de trayectoria la una de retroalimentación desde el colector a la base, como se muestra en la figura de la derecha. Aunque el punto Q no es totalmente independiente de beta (aun bajo condiciones aproximadas), la sensibilidad a los cambios en beta o a las variaciones en temperatura son normalmente menores que las encontradas en la configuración de polarización fija o de polarización en emisor. De nuevo, el análisis se hará examinando en primer lugar la malla emisor-base y aplicando los resultados a la malla colector-emisor. Si eliminamos los capacitores de acoplo tenemos el circuito de la izquierda. Es importante notar que la corriente que circula 110 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. por , no es . La corriente es . Del circuito tenemos que es muy pequeña, no tenemos problema en considerar que . Como . Organizando la malla de base emisor tenemos: Como , y , entonces reemplazando y despejando tenemos que El resultado es muy interesante en cuanto a que el formato es muy similar a las ecuaciones para obtenidas para configuraciones anteriores. El numerador es de nuevo la diferencia entre los niveles disponibles de voltaje, mientras que el denominador es la resistencia de la base más los resistores del colector y del emisor reflejados por beta, Por tanto, la trayectoria de retroalimentación da por resultado un reflejo de la resistencia de regreso al circuito de entrada, muy similar al reflejo de Analizando la malla de colector emisor tenemos: Como e , entonces Con esto se tendría el punto Q de operación. 111 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. Determinemos por ejemplo el punto Q de operación para el circuito de la derecha. Por la malla de emisor base, se sabe que Con lo que La corriente de colector es . Luego Por la malla de colector emisor se sabe que . Con lo que . En el mismo problema, si incrementa y se incrementa en el 50%, en qué porcentaje se ? 112 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. EJERCICIOS 1. Para cada uno de los circuitos propuestos, determine el punto Q de operación. Establezca en qué zona trabaja, dibuje la recta de carga y diga el tipo de configuración. a. c. b. d. 113 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. e. f. g. 2. Determine para la red de la figura. 114 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. 3. Dado y , determinar y para la red de la figura. 4. La configuración de polarización en emisor de la figura tiene las siguientes especificaciones: , , y . Determine y . 115 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. 5. Para el circuito de la figura, determine los valores de los resistores de manera que se sostenga el punto Q indicado en el circuito. 6. Para el circuito de la figura, determine los valores de los resistores de manera que se sostenga el punto Q indicado en el circuito. 116 UNIVERSIDAD SANTIAGO DE CALI FACULTAD INGENIERIAS PROGRAMA DE BIOINGENIERIA FUNDAMENTOS DE ELECTRÓNICA Profesor: MSc. JAVIER A. MURILLO M. 7. Determine el punto Q de operación para la red de la figura de la derecha. Qué tipo de configuración tiene? Se requiere el valor de para resolver el problema? 8. Determine el punto Q para la red de la figura. Si queremos llevar el punto Q de operación de un extremo a otro, entre que valores oscilaría la resistencia de 117 ?