Fuentes de corrientes básicas

Circuitos. Diodo Zener. Ley de Kirchoff. Valor de resistencia de carga. Polarización. Corriente de base. Transistor bipolar

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FUENTES DE CORRIENTE BASICAS

Fuente con tensión de referencia Diodo Zener:

Fuentes de corrientes básicas

VCC = 12 V

VZ = 3.9 V

R = 10 K

Rmin = 240 

RL = 1 K ó

4,7 K

Q1 = BC557

El diodo zener funcionando en inversa sirve para fijar una tensión que en este caso será la referencia para una fuente de corriente.

En este circuito vamos a observar dos cuestiones: la dependencia de la fuente de corriente con la resistencia R, y el funcionamiento no ideal del Zener. Obtenga las siguientes expresiones generales en función de los parámetros del circuito Vz, R, ... y haciendo las aproximaciones oportunas:

  • IC:

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    Si suponemos que la corriente en de la base del transistor bipolar IB = 0, entonces se cumpliría que la corriente en el colector y en el emisor, del mismo transistor Q1 serian iguales a: IC = IE = I, y de acuerdo con la ley de Kirchoff con respecto a las tensiones tendremos que :

    VCC = I · R + I · Rmin + VEB + VZ

    Por lo que despejando I, quedaría :

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  • Valor de resistencia de carga, RL, para el cual deja de funcionar como fuente de corriente.

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    Si tomamos una parte del circuito y aplicamos la ley de Kirchoff relacionada con las tensiones: donde VZ es la tensión en el diodo zener y VCB es la tensión entre los terminales colector y base del transistor Q1. Ahora, para que el circuito deje de funcionar como fuente de corriente para el valor de RL que haga que el transistor pase de activa a saturación entonces se debe cumplir que VBC < 0, por lo que:

  • Regiones de funcionamiento del transistor vs. funcionamiento de la fuente.

  • Para ver como trabaja el transistor, hay que tener en cuenta dos regiones de trabajo del transistor, la activa y la de saturación. Mientras el transistor trabaje en su región activa, la fuente de corriente funcionará, pero cuando el transistor pase a la región de saturación, la fuente de corriente no funcionará.

  • Corriente que circula por el diodo zener (IZ).

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    Si aplicamos la ley de Kirchoff con respecto a las corrientes, en el nudo:

    Por otra parte, si aplicamos la ley de Kirchoff con respecto a las tensiones, en la siguiente parte del circuito:

    En un transistor bipolar cuando funciona en su zona activa, se cumple:

    Para responder a las siguientes cuestiones no olvide consultar con las hojas de características de los componentes:

  • Resistencia de polarización del diodo zener, RZ, que haga cumplir que este se encuentre en la región de funcionamiento adecuada (referencia fija de tensión). Desprecie para ello la corriente de base del transistor.

  • Tomamos el valor aproximado de IZ = 5 mA para la corriente que pasa por el zener. Al estar RZ y VZ en serie tenemos que se tendrá que , por lo que de acuerdo a la ley de Kirchoff con respecto a las tensiones, entonces, tendremos que:

  • Calcule la tensión de referencia fijada por el diodo zener (VZ " cte) cuando la corriente de base (IB) no es despreciable e indique el límite de IB para el cual el diodo zener deja de funcionar en la región adecuada, teniendo en cuenta el valor escogido de RZ.

  • Si aplicamos la ley de Kirchoff con respecto a las corrientes en:

  • Suponiendo que no existe restricciones debidas a la corriente que polariza el diodo zener, calcular los valores de R correspondientes al mínimo y máximo de corriente (Imin, Imax) que puede suministrar la fuente para el valor de Rl dado. Indicar dichos valores de I y de la corriente que circula por el zener (IZ + IB).

  • R(Imin) = 10 K (potenciómetro)

    R(Imax) = 0 K (potenciómetro)

    Por la ley de Kirchoff que aplicamos sobre una parte del circuito:

    Por lo que los valores de Imax = 0.03125 A e Imin = 0.0007324 A

    Hay que tener en cuenta que el valor de Imax es ligeramente superior al máximo que tolera el transistor, por lo que se quemaría.

    UNIVERSIDAD PUBLICA CARLOS III

    DE

    MADRID

    FUENTES DE CORRIENTE BASICAS

    MADRID - 2002

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