Polarización del bjt, punto de operación.


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Anterior: Corte y saturación.

polarización del bjtLa polarización del bjt se realiza mediante tensión continua y consiste en preparar el transistor para que trabaje en la región activa dentro de  un circuito en el cual se le quiere utilizar,  se busca que a través del colector circule  una cantidad de corriente IC, y a su vez se obtenga una tensión entre el colector y el emisor VCE para esa cantidad de corriente IC, a esto  se le llama obtener el punto de operación o punto Q del transistor. La corriente IC va depender de la corriente en la base IB que exista en la malla de entrada, esto porque IC=β*IB, la VCE dependerá de la malla de salida del circuito, para ver esto será de utilidad uso de las curvas características y la ecuación de recta de carga.

Para realizar los circuitos de polarización del bjt es importante tener en cuenta siempre las siguientes características vistas anteriormente que son IC=β*IB, IE=IC+IB pero para los cálculos se asume que IE≈IC esto porque IB es muy pequeña en comparación con IC, y ademas que la tensión base emisor VBE=0,7V.

polarización del bjt punto deoperaciónCuando se tiene un circuito ya polarizado y se quiere conocer su punto Q, se hace lo sigue, a partir de la malla de entrada se puede calcular la corriente de la base IBQ, de la malla de salida se obtiene la ecuación de la recta de carga, esta recta de carga se traza sobre la curva característica de salida, donde se intercepten la recta de carga con la curva correspondiente a IBQ será el punto de operación del bjt, para conocer el valor de la corriente de colector en el punto Q se traza a partir del punto de intercepción una paralela al eje de VCE donde corte esta al eje IC ese será el valor de la ICQ, para conocer el valor de la tensión colector emisor en el punto Q se traza a partir del punto de intercepción una paralela al eje de IC donde corte esta al eje VCE ese será el valor de la VCEQ.

Si lo que se quiere es realizar un circuito de polarización del bjt, entonces será necesario conocer cuanta debe ser la corriente de colector en el punto de operación ICQ y también  cuanto debe ser el valor de la tensión colector emisor en el punto de operación VCEQ, la forma en que se procede en estos casos se ve mas adelante.

El punto de operación se puede ubicar en cualquier lugar de la región activa, eso va depender de lo que se quiera que haga el transistor, normalmente cuando se está estudiando se dice de polarizarlo en la parte media de la recta de carga, esto es así porque cuando se utiliza el transistor como amplificador de señales analógicas se desea que la señal amplificada no se obtenga distorsionada, cuando se comente sobre amplificaciones se verá esto.

Se verán 3 tipos de polarización del bjt los cuales son:

Para ver los diferentes  tipos de polarización  se utilizará un bjt de canal n, se buscará obtener una ecuación en la malla de entrada y otra en la malla de salida.  Para polarizar un bjt de canal p se procede de manera similar, teniendo en cuanta que las tensiones de polarización tendrán que invertirse, lo cual dará como resultado que los sentidos de la IB y la IC también se invertirán.

En resumen, lo que se busca al polarizar el bjt es un nivel fijo para la corriente del colector ICQ así como también un nivel fijo para la tensión colector emisor VCEQ, en el cual opere el transistor.

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1.- Polarización del bjt: polarización fija o en emisor común.

polarización del bjt polarización fijaEl arreglo para este tipo de polarización del bjt es el que se muestra en la figura, de ella se obtendrán las ecuaciónes necesarias para resolver este tipo de polarización, de la malla de la entrada se tiene:

VCC=IB*RB+VBE, si el valor de VCC es conocido y a la vez se conoce RB se tendrá

IB=(VCC-0,7)/RB con la cual se puede hallar IB

si lo que se conoce es IB, entonces

RB=(VCC-0,7)/IB con la cual se puede hallar RB.

además se sabe que IC=β*IB

De la malla de salida se tiene

VCC=IC*RC+VCE de aquí

VCE=VCC-IC*RC que viene a ser la ecuación de la recta de carga

Es con las ecuaciones obtenidas y con la curva característica de salida con las que se pueden resolver y diseñar este  tipo de circuitos para la polarización del bjt en la región activa.

En el siguiente vídeo se ve como obtener un circuito de polarización del bjt por polarización fija, en este se buscará las resistencias adecuadas para lograr la polarización en la parte media de la recta de carga, se asume  que se está buscando un circuito en el cual se quiere que por el colector circule  una corriente de 10mA en el punto de operación y que la tensión colector emisor de 5V en el punto de operación es la mitad del voltaje de la fuente de alimentación que será de 10V, después de hacer los cálculos necesarios, los resultados se prueban en un circuito real.

 

En el vídeo que sigue se parte de un circuito ya diseñado, del cual se quiere conocer el punto de operación del transistor, es decir mediante cálculos y con la ayuda de la recta de carga se determinará la corriente de colector en el punto de operación ICQ y la tensión colector emisor en el punto de operación VCEQ.

 

En el vídeo siguiente se ve como es afectado el punto de operación al cambiar el transistor dentro del circuito por otro de la misma familia, la intención de este vídeo es ver como se es afectado el circuito por el cambio del β.

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2.- Polarización del bjt: Estabilizado en el emisor

polarización del bjt estabilizado en  el emisorEste tipo de polarización se diferencia del anterior en que en el emisor se coloca una resistencia RE, con  esta resistencia se logra que el circuito sea mas estable en comparación con el de la polarización fija.

Se asume que VCC y el β son valores que se conocen, luego dee la malla de entrada se tiene:

VCC=IB*RB+VBE+IE*RE pero IE≈IC, entonces

VCC=IB*RB+VBE+IC*RE pero IC=β*IB, luego

VCC=IB*RB+0,7+β*IB,*RE, despejando IB

IB=(VCC-0,7)/(RB+β*RE)

a β*RE se le conoce como resistencia de entrada de la base, es un valor muy importante, se usará mucho en amplificaciones, esto lo que indica es que la base ve a la resistencia del emisor aumentada en β veces.

De la malla de salida se tiene

VCC=IC*RC+VCE+IE*RE pero IE≈IC, entonces

VCC=IC*RC+VCE+IC*RE de aquí

VCE=VCC-IC*(RC+RE) que viene a ser la ecuación de la recta de carga para este circuito.

Es con las ecuaciones obtenidas y con la curva característica de salida con las que se pueden resolver y diseñar este  tipo de circuitos para la polarización del bjt en la región activa.

En el siguiente vídeo se diseña un circuito de polarización estabilizado en el emisor, se supone que se necesita un circuito en el cual la ICQ y la VCEQ son conocidos, por lo que se busca cuales son las resistencias adecuadas a utilizar para lograr el  circuito adecuado, luego los resultados se comprueban en un circuito real.

 

En el vídeo que sigue se parte de un circuito ya diseñado mediante la polarización del bjt por estabilización del emisor, en el cual se quiere conocer el punto de operación del transistor, es decir mediante cálculos y con la ayuda de la recta de carga se determinará la corriente de colector en el punto de operación ICQ y la tensión colector emisor en el punto de operación VCEQ.

 

En el vídeo siguiente se ve como es afectado el punto de operación al cambiar el transistor dentro del circuito por otro de la misma familia, la intención de este vídeo es ver como se es afectado el circuito por el cambio del β en un circuito de polarización del bjt por estabilización del emisor.

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3.- Polarización del bjt: Divisor de tensión.

polarización del bjt divisor de tensiónEste tipo de polarización es la mas estable en comparación con las dos anteriores, esto es porque cuando el circuito está bien diseñado este casi no se ve afectado por el cambio en el valor de β, pero para que eso ocurra se tiene que cumplir la siguiente condición:

β*RE ≥ 10*R2

esto para que la base vea a RE aumentada en β veces, luego para la malla de entrada si R2≤(β*RE/10), a la corriente que circule por R1 le será mas fácil ir a tierra a través de R2 que a través de RE, es decir la corriente que circule por R2 será prácticamente la misma que circule por R1, entonces el camino formado por R1 y R2 será un divisor de tensión, por lo tanto se tiene que cumplir:

VB=(VCC*R2)/(R1+R2)

con lo cual el valor de la tensión de la base VB se conoce, luego como

VBE=VB-VE=0,7 la tensión del emisor VE es VE=VB-0,7 y con esto se puede hallar la corriente del emisor que es

IE=VE/RE pero IC≈IE entonces IC=VE/RE esto es

IC=(VB-0,7)/RE

De la malla de salida se tiene

VCC=IC*RC+VCE+IE*RE pero IE≈IC, entonces VCC=IC*RC+VCE+IC*RE de aquí

VCE=VCC-IC*(RC+RE) que viene a ser la ecuación de la recta de carga para este circuito.

Es con la condición inicial, las ecuaciones obtenidas y con la curva característica de salida con las que se pueden resolver y diseñar este  tipo de circuitos para la polarización del bjt mediante divisor de tensión en la región activa, esta forma de proceder al hacer que se cumpla la condición se le conoce como la forma aproximada, mas adelante se dedica un vídeo a como se puede proceder si se quiere un resultado mas exacto, aunque los resultados no varían demasiado.

En el siguiente vídeo se diseña un circuito de polarización divisor de tensión, se supone que se necesita un circuito en el cual la ICQ y la VCEQ son conocidos, por lo que se busca cuales son las resistencias adecuadas a utilizar para lograr el  circuito adecuado, luego los resultados se comprueban en un circuito real.

 

En el vídeo que sigue se parte de un circuito ya diseñado mediante la polarización del bjt por divisor de tensión, en el cual se quiere conocer el punto de operación del transistor, es decir mediante cálculos y con la ayuda de la recta de carga se determinará la corriente de colector en el punto de operación ICQ y la tensión colector emisor en el punto de operación VCEQ.

 

En el vídeo siguiente se ve como es afectado el punto de operación al cambiar el transistor dentro del circuito por otro de la misma familia, la intención de este vídeo es ver como se es afectado el circuito por el cambio del β en un circuito de polarización del bjt por divisor de tensión, se verá que este tipo de polarización es la que menos ve afectado su punto de operación.

 

En los 3 vídeos anteriores se a utilizado el método aproximado para realizar los circuitos de polarización del bjt por divisor de tensión, en el siguiente vídeo se muestra como proceder si se necesita que los resultados sean mas exactos, pero como se verá estos resultados no varían demasiado en comparación con los cálculos aproximados.

 

Por último se ha preparado un vídeo sobre un circuito de polarización del bjt por divisor de tensión, utilizando en este caso un transistor pnp, los cálculos se realizan por el método aproximado.

Anterior: Corte y saturación.

Siguiente: El BJT en alterna.

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