BJT Biasing-Los circuitos electrónicos con capacidad de amplificación pueden funcionar con mayor eficacia si el BJT se somete a una polarización. Generalmente, este proceso implica la aplicación de un voltaje externo a sus terminales que cambia el dispositivo al estado deseado. Muchos diseños de circuitos suelen incluir resistencias para distribuir los niveles correctos de corriente y tensión de entrada. Las distintas técnicas de polarización de los BJT proporcionan características específicas, mientras que otras evitan el desbordamiento térmico. En efecto, esto los hace muy útiles para aplicaciones de amplificación.
Este artículo le guiará a través de los fundamentos de la polarización de los BJT y las implementaciones de los circuitos. Echemos un vistazo.
¿Qué es la polarización de un BJT?
Esta imagen muestra un transistor de unión bipolar.
Fuente: Wikimedia Commons
En términos generales, la polarización de un transistor consiste en aplicar una cantidad específica de voltaje a los terminales de base y emisor de un BJT, mejorando su eficiencia y rendimiento. En este caso, el proceso permite a un transistor amplificar una señal de entrada de CA en un circuito de transistores. Así, la polarización del BJT pondrá la unión emisor-base en un estado de polarización hacia delante. Mientras tanto, la intersección base-colector se configurará a un estado de polarización inversa. Por lo tanto, funcionará en la región activa.
La polarización del BJT dependerá de las resistencias para distribuir el nivel de tensión correcto.
Fuente: Wikimedia Commons
Además, la resistencia de colector debe tener un valor que permita que la tensión colector-emisor supere los 0,5V para los transistores de germanio y 1V para los de silicio.
BJT beta
Imagen que muestra el proceso de flujo de corriente en un transistor de unión bipolar.
Fuente: Wikimedia Commons
Beta (β) se refiere a la sensibilidad global del dispositivo entre la corriente de base y su nivel de amplificación de colector. También puede identificar la ganancia del dispositivo. Por ejemplo, la corriente de base de un transistor se amplificará en 100 si el valor β coincide con ese valor. Por supuesto, este factor se genera mientras el transistor de unión bipolar opera en el estado de avance.
Circuitos de polarización de BJT
Incluimos algunos ejemplos de circuitos de polarización de BJT, útiles para la amplificación.
BJT Biasing-Polarización file
Como puede ver en el diagrama del circuito, una resistencia de base (RB) se conecta a la VCC y al terminal de base. En este caso, una caída de tensión a través de RB hace que la unión base-emisor pase a un estado de polarización hacia delante. La siguiente fórmula determina el valor de IB.
Tanto VCC como VBE tienen un valor fijo en el circuito de tipo de polarización fija. Mientras tanto, RB permanece constante. Como resultado, IB también tendrá un valor continuo, lo que conduce a un punto de funcionamiento limitado. Por lo tanto, este tipo de polarización proporciona una pobre estabilidad térmica debido a su factor de estabilidad β+1.
Esto ocurre debido a la imprevisibilidad del parámetro β del transistor. También puede diferir ampliamente, especialmente con un modelo y un tipo de transistor similares. El CI también se alterará cuando varíe el β. Por lo tanto, este tipo de polarización dependiente de β podría experimentar cambios en el punto de funcionamiento debido al atributo del transistor y a las modificaciones de la temperatura.
En general, el circuito de polarización de base fija se basa en componentes mínimos con un diseño simplista. Ajustando el valor de RB en el curso, los usuarios pueden cambiar el punto de funcionamiento de la región activa. Además, la fuente no tiene carga ya que la unión base-emisor no presenta resistencias. Como resultado, este circuito tiene aplicaciones de conmutación.
Las siguientes ecuaciones hacen referencia a la tensión y la corriente de este circuito:
BJT Biasing-Polarización colector-base
En esta configuración de polarización colector-base, dos resistencias suministran a la región activa del transistor una polarización DC a pesar del valor de β. Dado que la polarización DC proviene de la tensión de colector (VC), garantiza una excelente estabilidad.
En lugar de la barra de tensión de alimentación (VCC), la resistencia de polarización de base (RB) se conecta al colector del transistor (C). Un aumento de la corriente de colector hará que la tensión de colector disminuya. En efecto, el impulso de base se reduce, disminuyendo la corriente de colector. Esto asegura que el punto Q del transistor se mantenga fijo. Así, la técnica de retroalimentación del colector genera una retroalimentación negativa alrededor del transistor. Esto ocurre porque RB toma la entrada directa de la salida, distribuyéndola al terminal de entrada.
Una caída de tensión a través de la resistencia de carga (RL) produce la tensión de polarización. Así que el aumento de la corriente de carga dará lugar a una caída de tensión significativa a través de la resistencia de carga. Mientras tanto, conduce a una disminución de la tensión de colector. Después, la corriente de base (IB) caerá, volviendo IC a su valor original.
La caída de la corriente de colector produce una reacción inversa. En ese caso, este enfoque de polarización se refiere a la auto polarización. En general, este diseño proporciona excelentes aplicaciones para muchos proyectos de amplificadores.
A continuación puede encontrar la ecuación del circuito para la polarización de colector a base:
BJT Biasing-Polarización fija con resistencia de emisor
Diagrama del circuito de polarización fija con resistencia de emisor.
El diagrama del circuito muestra una red de polarización fija conectada al emisor del transistor con una resistencia externa (RE). La corriente de emisor aumenta si VBE se mantiene constante al aumentar la temperatura. Sin embargo, el aumento de la corriente de emisor (IE) provoca un aumento de la tensión de emisor (VE = IERE), lo que conlleva una reducción de la tensión en la resistencia de base (RB).
La siguiente ecuación determina la tensión a través de la resistencia de base.
Mientras tanto, se puede determinar la corriente de la base mediante la siguiente fórmula:
Esto disminuye la corriente de base, lo que resulta en una reducción de la corriente de colector, ya que IC coincide con IB. La fórmula IC = α IE (α es igual a 1) define la corriente de colector y emisor. Como resultado, esto contrarresta el aumento de la temperatura de la corriente de emisor, asegurando un punto de funcionamiento estable. La sustitución del transistor por un tipo alternativo puede alterar el valor de IC. Utilizando la misma técnica anterior se anulará cualquier cambio, manteniendo un punto de funcionamiento persistente. Por lo tanto, esta red de polarización proporciona un soporte mejorado sobre la red de polarización de base fija.
En general, el circuito utiliza esta ecuación:
BJT Biasing-Divisor de tensión bias o divisor de potencial
Esquema del circuito divisor de tensión.
Como puedes ver, dos resistencias externas, R1 y R2, se integran en este circuito para crear un divisor de tensión. Esta configuración permite que el voltaje generado a través de R2 ponga la unión de emisor del transistor en un estado de polarización hacia adelante. En general, la corriente que fluye a través de R2 será diez veces mayor que la corriente de base necesaria.
En general, este tipo de polarización significa que las variaciones que se produzcan en VBE y β no afectarán a IC, lo que, a su vez, proporciona la máxima estabilidad térmica. Un aumento de la temperatura hará que IC e IE se eleven. Esto da lugar a un mayor voltaje de emisor, lo que resulta en un menor voltaje base-emisor. Después, esto lleva a una disminución de la corriente de base (IB), revirtiendo el IC a su estado inicial.
Independientemente de la disminución de la ganancia del amplificador, este circuito de polarización tiene aplicaciones populares debido a la estabilidad maximizada.
El circuito se basa en la siguiente fórmula:
BJT Biasing-Bias de emisor
Diagrama del circuito que muestra un diseño de polarización de emisor.
El circuito, como se muestra arriba, depende de dos fuentes de alimentación conocidas como VCC y VEE para funcionar. Estas fuentes tienen polaridades opuestas pero coincidentes. VEE pone la unión base-emisor en un estado de polarización hacia delante. Mientras tanto, VCC forma la intersección colector-base a un estado de polarización inversa.
Además, el CI puede confiar en RE >> RB/β y VEE >> VBE en lugar de VBE y β. Esto proporciona un punto de funcionamiento equilibrado.
Resumen
Como puede ver, la polarización del BJT asegura que el transistor funciona correctamente en el circuito para proporcionar la amplificación de la señal de CA. Para ello, selecciona la resistencia que afecta al punto de funcionamiento del transistor. Además, la unión del colector se ajusta a un estado de polarización inversa y la base del emisor se ajusta a un estado de polarización directa. Por supuesto, el diseño del circuito dependerá totalmente de la aplicación prevista y de lo que se quiera conseguir.
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