Estabilización de la polarización

Electrónica. Circuito. Parámetros. Colector. Thevenin

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República Dominicana

Universidad Acción Pro-Educación y Cultura.

(UNAPEC)

Estabilización de la polarización

Electrónica I

“Estabilización de la Polarización”

PROFESOR:

SUSTENTADA POR:

SANTO DOMINGO, R.D.

18 de Marzo de 2002

ESTABILIZACIÓN DE LA POLARIZACION

La estabilidad de un sistema es una medida de la sensibilidad de un circuito hacia las variaciones de sus parámetros. En cualquier amplificador que utiliza un transistor, la corriente del colector IC es sensible a cada uno de los siguientes parámetros:

b: se incrementa con el aumento de temperatura.

VBE : decrece aproximadamente 7.5mV por incremento en grados Celsius en la temperatura.

ICO (corriente de saturación inversa): duplica su valor por cada 10°C de incremento en la temperatura.

Cualquiera de estos factores puede causar que el punto de polarización cambie de punto de operación diseñada. La tabla 1 describe la forma en que ICO y VBE cambiaron con el incremento de la temperatura para un transistor en particular.

T(°C)

ICO(nA)

b

VBE

-65

0.2x10-3

20

0.85

25

0.1

50

0.65

100

20

80

0.48

175

3.3x103

120

0.3

El efecto de los cambios en la corriente de fuga y la ganancia de corriente sobre el punto de polarización en DC se demuestra por las características de colector para emisor común de las figuras 1a y 1b. La figura 1 muestra como cambian las características del colector del transistor desde una temperatura de 25°C a una de 100°C. Obsérvese que el incremento significativo en la corriente de fuga no solamente causa que las curvas se eleven sino que también existe un incremento en la beta, según se observa a través del mayor espaciamiento entre las curvas.

Se puede especificar un punto de operación mediante el dibujo de la recta de carga de DC del circuito sobre la grafica de las características de colector, y notando la intersección de la recta de carga y la corriente de base de DC establecida por el circuito de entrada, se marca un punto en la figura 1a en IB =30A. Debido a que el circuito de polarización fija proporciona una corriente de base cuyo valor depende aproximadamente del voltaje de la fuente de alimentación y la resistencia de la base, ninguno se ve afectado por la temperatura o el cambio de la corriente de fuga o en la beta, pero existirá la misma magnitud de la corriente de base a altas temperaturas, según se indica en la grafica de la figura 1b.

Como la muestra la figura dará resultado el cambio del punto de polarización de DC a una mayor corriente de colector y a un menor voltaje colector-emisor en el punto de operación. En el extremo, el transistor no podría llevarse a saturación. En cualquier caso, el nuevo punto de operación puede no ser satisfactorio y ocasionar una distorsión considerable debido al cambio del punto de polarización.

Estabilización de la polarización

FACTOR DE ESTABILIDAD, S(ICO), S(VBE) Y S(b)

Se definió un factor de estabilidad S para cada uno de los parámetros que afectan la estabilidad de la polaridad según se lista a continuación:

Estabilización de la polarización

En cada caso el símbolo delta () significa un cambio de dicha cantidad. El numerador de cada ecuación es el cambio en la corriente de colector, según se estableció mediante el cambio de la cantidad en el denominador. Para una configuración en particular, si un cambio en ICO no puede producir un cambio significativo en IC, el factor de estabilidad definido por S(ICO) = IC / ICO será muy pequeño. En otras palabras:

Los circuitos que son muy estables y relativamente insensibles a las variaciones en la temperatura tienen bajos factores de estabilidad.

S(ICO):

CONFIGURACIÓN DE POLARIZACION EN EMISOR

Un análisis para la configuración de polarización en emisor dará por resultado

Estabilización de la polarización

para RB / RE >> (b +1), la ecuación se reducirá a la siguiente:

S(ICO) = (b +1)

según se indica en la grafica de S(ICO) en función de RB / RE en la figura 2.

Estabilización de la polarización

Figura 2.Variación del factor de estabilidad S(ICO) con el cociente de las resistencias RB / RE para la configuración de polarización en emisor.

Para RB / RE <<1, la ecuación se aproximara al siguiente nivel (según se muestra en la figura 2.

Estabilización de la polarización

relevando que el factor de estabilidad se acercara a su nivel mas bajo, mientras que RE se vuelve lo suficientemente grande. Sin embargo, considere que un buen control de la polarización normalmente requiere que RB sea > RE.

Para el rango donde RB / RE fluctúa entre 1 y (b +1), el factor de estabilidad se encontrara determinado por:

Estabilización de la polarización

CONFIGURACIÓN DE POLARIZACION FIJA

Para esta configuración, si se multiplican el numerador y el denominador de la ecuación por RE y se hace a RE = 0, resultara la siguiente ecuación:

S(ICO) = (b +1)

CONFIGURACIÓN DE POLARIZACION POR DIVISOR DE VOLTAJE

El desarrollo equivalente Thevenin del circuito de la figura 3 para la configuración de polarización por divisor de voltaje. Para el circuito de la figura 3 la para S(ICO) es la siguiente:

Estabilización de la polarización
Estabilización de la polarización

CONFIGURACIÓN DE POLARIZACION POR RETROALIMENTACIÓN(RE = 0)

En este caso:

Estabilización de la polarización

debido a que la ecuación es igual en formato a la que obtuvimos para la configuración de polarización en emisor y de polarización por divisor de voltaje, también aquí pueden aplicarse las mismas conclusiones respecto a la relación de RB /RC.

S(VBE):

El factor de estabilidad definido por:

Estabilización de la polarización

resultara la siguiente ecuación para la configuración de polarización en emisor:

Estabilización de la polarización

sustituyendo RE = 0, como ocurre con la configuración de polarización fija, dará por resultado:

Estabilización de la polarización

La ecuación puede escribirse de la siguiente forma:

Estabilización de la polarización

sustituyendo la condición (b +1) >> RB / RE resultara la siguiente ecuación para S(VBE):

Estabilización de la polarización

revela que mientras más grande sea la resistencia RE, menor será el factor de estabilidad y más estable el sistema.

S(b):

El último factor de estabilidad es el de S(b). El desarrollo matemático es mas complejo que el que se encontró para S(ICO) y para S(VBE), como lo da entender la siguiente ecuación para la configuración de dolarización en emisor:

Estabilización de la polarización

la notación IC1 y b1 se utiliza para definir sus valores bajo un conjunto de condiciones del circuito mientras que la notación b2 se usa para describir un nuevo valor de beta como lo pueden causar un cambio en temperatura o la variación del b del mismo transistor.

Para la retroalimentación en colector con RE = 0,

Estabilización de la polarización

Ahora que se han presentado los tres factores de estabilidad más importantes el efecto total sobre la corriente de colector puede calcularse la siguiente ecuación:

IC = S(ICO)ICO + S(VBE) VBE + S(b)b

Al principio, la ecuación puede parecer muy compleja, pero tome en cuenta que cada componente es solo un factor de estabilidad para la configuración multiplicado por el cambio resultante en un parámetro dentro de los limites de interés de temperatura. Además, la variación de IC que debe determinarse simplemente es el cambio en IC a partir del nivel a una temperatura ambiente.