Tema 7: El TRANSISTOR BIPOLAR - Polarizacion de CD ELECTRONICA I- FACET- UNT

Transcripción

1 Tema 7: l TANSSTO POLA - Polarizacion de D LTONA - FAT- UNT 1

2 TJ- POLAZAON TMA 7 Para definir un estado de polarización, se deben definir las corrientes y tensiones existentes en el dispositivo, se deben conocer seisvariables:,,,,,y De las seis variables,,,,,, y, solo son independientes 4, ya que por las leyes de Kirchoff + = + = Generalmente se trabajara con las variables,, y Por tanto se necesitan 4 ecuaciones para resolver las corrientes y tensiones en el transistor. La temperatura es otro factor importante para la polarización, ya que provoca cambios en las características del dispositivo: la corriente aumenta con la temperatura es necesario que el circuito externo de polarización brinde estabilidad de temperatura. 2 LTONA - FAT- UNT

3 TJ-MODLODSYMOLL TMA7 Modelo usado para predecir los modos de operación del TJ en todos sus modos de operación posibles. v v γ S γ = S e 1 e 1 α v v S γ γ = e 1 S e 1 α F α F tiene unos valores comprendidos entre 0,9 y 0,998. LTONA - FAT- UNT α es considerablemente menor que 1. Su valor está comprendido entre 0,05 y0,5. 3

4 TJ- POLAZAON TMA 7 n égimen de tensiones y corrientes constantes, en ausencia de señales, el circuito externo estará compuesto exclusivamente por: Fuentes de tensión continuas y constantes. Fuentes de corriente continuas y constantes. esistencias Las capacidades se considerarán.a. Y las inductancias.. Dos ecuaciones la proporciona el modelo del dispositivo. Las otras dos ecuaciones la proporcionará el circuito de polarización externa LTONA - FAT- UNT l circuito de polarización externa es de continua. Las dos ecuaciones que impone el circuito de polarización en continua se denominan: 4 UAONS D POLAZAÓN

5 UAONS D OMPOTAMNTO D LOS TJ TMA 7 Por leyes de Kirchoff : = + = UAONS D POLAZAÓN cuaciones comportamiento: cuación circuito de entrada = + cuación circuito de salida = + LTONA - FAT- UNT = g(, ) = f(, ) 5

6 LTONA - FAT- UNT 6 Q Q Q

7 POLAZAÓN N ZONA D OT TMA 7 álculo de las corrientes en zona de corte Particularizando las ecuaciones del transistor para la zona de corte: < γ <γ Si: γ = 0.7 Por tanto: Ge: = 0.3 e v v γ γ 1 1 y e 1 1 Se obtiene: i i 0 i 0 0 = + = No fluye corriente por ninguno de los terminales γ s NPN Para polarizar el transistor en corte basta con no polarizar la unión base-emisor, es decir, =0. LTONA - FAT- UNT La juntura del transistor se comporta como un circuito abierto. 7

8 POLAZAÓN N ZONA D SATUAON TMA 7 álculo de las corrientes en zona de saturación Particularizamos las ecuaciones del transistor para la zona de saturación: γ Por tanto: Se obtiene: γ v v v v e 1 e y e 1 e γ γ γ γ = 0,2 ; = 0,7 e β sat orrientes de emisor y de colector muy dependientes de las tensiones emisor base y colector base. l comportamiento de un transistor en saturación es equivalente al de un circuito cerrado. n este estado de operación, aunque aumente la corriente de base, la corriente por el colector se mantiene constante.

9 POLAZAÓN N ZONA D SATUAON TMA 7 álculo de las corrientes en zona de saturación scribiendo la ecuaciones de la malla de entrada del circuito de polarización: La malla de salida: = + = + Particularizando con: = 0,2 ; = 0,7 e β sat = + 0,7 = + 0,2 β 9

10 MODLOS SMPLFADOS N AD Dadoque enlaad: UNÓN - UNÓN - DTA. > γ NSA < γ Y como α F tiene unos valores comprendidos entre 0,99 y 0,998, mientras que el valor de α está comprendido entre 0,05 y 0,5: Aplicando en las ecuaciones de bers-moll: v S S = S e 1 e 1 Se + Se α α v v v γ γ γ γ v S S S = e 1 S e 1 e + S e α F αf α F v v v γ γ γ γ = α = α F 10 LTONA - FAT- UNT

11 TJ- OPAÓN N GÓN ATA DTA TMA 7 Modelo equivalente del TJ NPN en Modo Activo Directo -v + ( 1 ) = α F NPN S α =α F. =. e F S e / / γ γ La tensión de polarización directa v provoca una corriente relacionada exponencialmente, como en cualquier unión PN polarizada directamenteque fluye por el terminal del olector. ( / ) γ e S =orriente de saturación =10-12 a A γ = oltaje Térmico = 25.8m a 25 Las corrientes de colector y emisor se relacionan a través de la constante α F = α, que representa la cantidad de portadores que inyecta el emisor y alcanzan al colector. S 11 LTONA - FAT- UNT

12 TJ- OPAÓN N GÓN ATA DTA TMA 7 Modelo equivalente del TJ NPN en Modo Activo Directo Mientras la unión colector-base se mantenga con polarización inversa, la será independiente del valor de la ( 1 ) = α F S α F e S e / T / T tensión del colector-base el colector se comporta como una fuente de corriente constante dependiente de v =α l factor α se conoce como ganancia de corriente continua en base común. LTONA - FAT- UNT omo las corrientes que entran a un TJ deben ser iguales a las que salen: = + 12

13 TJ- OPAÓN N GÓN ATA DTA TMA 7 ntonces: αes una constantepropia del TJ αva de 0,9 a 0,998. α = α = α ( + ) = = β 1 α l factor β se denomina ganancia de corriente continua en emisor común y es igual a: α β = 1 α β: s un parámetro propio de cada transistor. β: aría con la temperatura,,, etc Pequeñas variaciones de α provocan grandes variaciones de β = β Aunque α es muy poco variable, β es bastante sensible a las pequeñas variaciones de α. jemplo: α= 0,99 β= 0,99/(1-0,99) = 99 α= 0,999 β= 0,999/(1-0,999) = 999 β β max β min β típica 13 LTONA - FAT- UNT

14 TJ- OPAÓN N GÓN ATA DTA TMA 7 La corriente de base es una fracción de la corriente de colector l valor de β típico va de 50 a 800, según la aplicación. La corriente del emisor es la suma de las corrientes que entran al TJ Despejando α: ntonces : β β α = = 1+ β 1+ β Si β 100 Los fabricantes brindan como dato a h F en vez de β. h F y β no son exactamente lo mismo, aunque a efectos prácticos sus valores son similares cuando O es despreciable. s por ello que en la práctica se habla indistintamente de h F y de β. LTONA - FAT- UNT n rigor: h F + = y β = + O O 14

15 SUMN: MODLO SMPLFADO DL JT N LA.A.D. TMA 7 Por tanto, se puede decir que cuando el transistor está polarizado en la.a.d. el transistor bipolar equivale al siguiente circuito: npn 0,7 egión Activa β pnp 0,7 β LTONA - FAT- UNT >0 >0,2 >0 <-0,2 s decir: = β Por tanto el transistor, polarizado en zona activa, funciona como un amplificador de corriente 15 Muy importante!!

16 UTO D POLAZAÓN FJA N AD TMA 7 MPOTANT: = β quiere decir que la corriente de colector depende exclusivamente de la corriente de base (y que es independiente de la resistencia de colector ) la corriente de colector de continua es controlada por la malla de entrada. sto también se puede observar en la característica o gráfica de salida: 40 [ma] = 400µA = 300µA LTONA - FAT- UNT 20 = 200µA = 100µA =0µA [] 16

17 POLAZAÓN- SUMN TMA 7 1. Según las tensiones aplicadas entre los terminales del transistor se polarizarán las junturas y se fija la zona de operación 2. Para aplicar estas tensiones en los terminales del TJ es necesario diseñar un circuito externo de polarización de D. ste circuito externo fijará el punto de operación deseado 3. on 4 ecuaciones se resuelve la polarización. Dos ecuaciones la proporciona el modelo del dispositivo = + = β y dos ecuaciones la proporcionará el circuito de polarización externo. 4. l teorema de superposición puede ser aplicado al circuito 5. Hay 4 configuraciones típicas de circuitos de polarización LTONA - FAT- UNT 6. ada diseño determinará la estabilidad del sistema. 7. l punto de operación es un punto fijo sobre las características del transistor que definen una región para la amplificación de la señal aplicada. 17

18 UTO D POLAZAÓN FJA N AD TMA 7 egión de operación Unión - Unión - Directo nverso Activa Directa > γ < γ ed o malla de entrada ed o malla de salida Modelo del Dispositivo para egión Activa Directa cuación de la recta de carga: y = mx+ b = + = = + = = = = β 18 LTONA - FAT- UNT

19 UTO D POLAZAÓN FJA N AD TMA 7 La representación gráfica de la ecuación de la malla de salida, se llama: ecta de carga estática o de continua. y = mx+ b = + 1 Se grafica encima de las curvas características del dispositivo. 1 [ma] md = Para =0 = Para =0 = LTONA - FAT- UNT Q [] La pendiente de la recta es: m D 1 = 19 Q

20 UTO D POLAZAÓN FJA N AD TMA 7 ecta de carga estática o de continua. La recta de carga de D describe todos los valores posibles de tensión y corriente en la malla de salida del circuito Q [ma] m D 1 = y = m x+ b = + 1 m D 1 = LTONA - FAT- UNT [] b = 20 Q

21 UTO D POLAZAÓN FJA N AD TMA 7 jemplo 1: Diseñe el circuito para que el punto de operación sea = 5, = 3,5 ma. onsidere =0,7m; β=200; =12 l diseño, en este caso, consiste en calcular los valores de resistencias que hacen cumplir el punto de operación solicitado = + = = 2KΩ β 5 = = 1, A = 17,5 A µ LTONA - FAT- UNT = + = = 645,7KΩ Si se desea cambiar el punto de polarización, se puede cambiar, o. 21

22 UTO D POLAZAÓN FJA N AD TMA 7 ambiar la resistencia de colector c equivale a cambiar la pendiente de la recta de carga. l punto Q queda determinado por la intersección de la recta de carga y la curva de, puesto que c no interviene en el calculo de = + m D 1 = = + 1 ntonces, si se cambia c, cambia el valor de la tensión, SN AMA la corriente de colector 22 LTONA - FAT- UNT

23 UTO D POLAZAÓN FJA N AD TMA 7 l cambio de la/las resistencias del circuito de entrada, implicará un cambio de la corriente de base. n el gráfico equivale a mover el punto de operación sobre la misma recta de carga = + [ma] [] = + 1 l cambio de, provoca el cambio del valor de la tensión, y de la corriente de colector = β 23 LTONA - FAT- UNT

24 UTO D POLAZAÓN FJA N AD TMA 7 n el gráfico se observa lo que ocurre cuando se cambia exclusivamente la fuente cc(sin cambiar la/las resistencias del circuito de entrada, ni la resistencia de colector). n el gráfico equivale a trazar rectas de cargas paralelas y el punto de operación se moverá como se muestra. = + = + 1 l cambio de, provoca el cambio del valor de la tensión, de la corriente de base y de la corriente de 24 colector LTONA - FAT- UNT

25 UTO D POLAZAÓN FJA N AD TMA 7 jemplo 1: alcule el punto de operación del circuito, sabiendo = 12, =0,7 m; β=50; = 2,2KΩ; = 240KΩ = + = = = 5 4, A 47,1 A β 3 = = 2,35.10 A = 2,35mA = + = = 6,82 jemplo 2: alcule el punto de operación del circuito, sabiendo = 22, =0,7 m; β=120; = 3,3KΩ; = 680KΩ µ LTONA - FAT- UNT = + = = 31,3µ A = β = 3,76mA 25 ( ) 9,6 = + = =

26 POLAZAÓNFJA ON SSTNADMSONAD TMA7 egión de operación Unión - Unión - Directo nverso Activa Directa > γ <γ ed o malla de entrada = + + LTONA - FAT- UNT ed o malla de salida = + + Modelo del Dispositivo para egion Activa Directa + = = β 26

27 UTO D POLAZAÓN FJA ON SSTNA D MSO N AD TMA 7 1 = + = + = 1+ β β ( 1 β ) = β = + = + = + + = = β ( ( 1 ) ) = β LTONA - FAT- UNT Si β > 100 ( ) + + ( ) + + β 27

28 UTO D POLAZAÓN FJA ON SSTNA D MSO N AD- TA D AGA STÁTA TMA 7 1 = β β β + Q [ma] m D 1 1 = β = LTONA - FAT- UNT [] Q β + Q ( ) Q 28

29 UTO D POLAZAÓN FJA ON SSTNA D MSO N AD l agregado de la resistencia de emisor, proporciona una mejor estabilidad del punto de operación. sto significa que ante cambios de parámetros externos, tales como tensión de alimentación de fuente, temperatura, β, etc; las tensiones y corrientes de D toman valores próximos a los calculados para el punto de operación. l análisis matemático de la estabilidad, se hará más adelante Análisis cualitativo: Si βaumenta por efecto de la temperatura, entonces se produce un aumento de la corriente de colector c omo c, entonces aumenta la corriente de emisor l aumento de provoca un aumento en la caída de tensión en. omo = + + ntonces disminuye Si disminuye, provoca que disminuya 29 LTONA - FAT- UNT

30 UTO D POLAZAÓN FJA ON SSTNA D MSO N AD TMA 7 jemplo 3:alcule la tensión de polarización y la corriente de polarización para el circuito de la figura. onsidere = 12; β=100 ( ( 1 β ) ) = = = + + ( 1 β ) = β = 2,62mA 26,22µ A LTONA - FAT- UNT ( ) 4,13 = + = Si se desea modificar el punto de polarización ya sea aumentando la 30 corriente de colector, o aumentando la tensión colector emisor que componente se debe modificar en un caso u otro?

31 UTO D POLAZAÓN FJA ON SSTNA D MSO N AD TMA7 Análisis de la influencia de los parámetros del circuito externo en el valor del punto de polarización = = β + + ( 1 β ) Análisis cualitativo: = β Si se cambia, cambia, cambia, cambia. No cambia la recta de carga, o sea que el punto se mueve sobre la misma recta de carga, saltando de curva en curva de. 1 = + 1+ β m D 1 1 = β LTONA - FAT- UNT Si se cambia, cambia la tensión colector emisor. No cambia y por lo tanto no cambia. ambia el valor de la pendiente de la ecta de carga. ada valor de genera una recta de carga distinta. Si cambia, cambia y provoca proporcionalmente un cambio de, y un pequeño cambio de la tensión colector emisor. Si se cambia, cambia,, 31

32 UTO D POLAZAÓN FJA ON SSTNA D MSO N AD TMA7 Análisis de la influencia de los parámetros del circuito externo en el valor del punto de polarización = + + ( 1 β ) Debe quedar claro que: La corriente depende de:, y La corriente depende de: Fuente de corriente controlada por corriente = β 1 = + 1+ β LTONA - FAT- UNT La tensión depende de:,, y Que un cambio de no implica necesariamente un cambio de Pero todo cambio de, implicara un cambio directamente proporcional de, mientras se esté en la zona lineal La recta de carga depende de, y 32

33 POLAZAÓN NDPNDNT D β TMA 7 egión de operación Unión - Unión - Directo nverso Activa Directa > γ <γ Si: n los circuitos anteriores los valores de corriente y tensión de polarización dependen de β, que es sensible a la temperatura MTODO APOXMADO in ed o malla de entrada = = 2 in p1 p2 p ( 1 ) = + β ( ) = + p = LTONA - FAT- UNT

34 UTO D POLAZAÓN NDPNDNT D β TMA 7 = 2 ed o malla de salida = c = = = + 1+ β LTONA - FAT- UNT Si β > 100 ( ) = + 34

35 UTO D POLAZAÓN NDPNDNT D β N AD TMA 7 Observar: : β no se utilizó en las ecuaciones de entrada y salida. La tensión de polarización de base 2 es fija y depende exclusivamente de 1, 2 y sto implica que la tensión en es fija y por lo tanto el valor de impone el valor de la corriente y por consiguiente de la corriente determinará el valor de la tensión de colector y por lo tanto la tensión La tensión 2 se puede ajustar mediante la variación de 2 o de 1, pero es mas sencillo realizar el ajuste con 2 LTONA - FAT- UNT La corriente de colector se ajusta con la resistencia La tensión se ajusta por medio de 35

36 UTO D POLAZAÓN NDPNDNT D β N AD TMA 7 1 = β β β + Q [ma] m D Q 1 1 = β β + Q ( ) Q = + [] S LA MSMA TA D AGA QU N UTO ON Pz FJA ON SSTNA D MSO, PO QU LA MALLA D SALDA S LA MSMA!!!!!! 36 LTONA - FAT- UNT

37 UTO D POLAZAÓN NDPNDNT D β N AD- MTODO APOXMADO TMA 7 jemplo 7: alcule la tensión de polarización y la corriente de polarización para el circuito de la figura. onsidere = 22; = 0,7; β=140 l método aproximado se basa en despreciar la corriente frente a p. Se supone que p 10 Para que esto ocurra se debe cumplir que 2 in = = = 2 = 1,3 1,3 = = = 0,867mA = 1500 LTONA - FAT- UNT ( ) 12,03 = + = 37

38 UTO D POLAZAÓN NDPNDNT D β N AD TMA 7 = 2 = 1.3 = = 0,867mA = + = ( ) 12,03 jemplo 5:alcule la tensión de polarización y la corriente de polarización para el circuito de la figura. onsidere = 22; β=140 = = p cc = = 512,8µ A = = 6,19µ A p β 38 LTONA - FAT- UNT

39 UTO D POLAZAÓN NDPNDNT D β N AD TMA 7 MTODO XATO ed o malla de SALDA: ed o malla de NTADA: se aplica Thévenin: = β β TH = TH = LTONA - FAT- UNT = + + TH TH ( 1 β ) ( 1 β ) = TH TH ( ) = TH TH 39

40 UTO D POLAZAÓN NDPNDNT D β N AD- MTODO XATO TMA 7 jemplo 7: alcule la tensión de polarización y la corriente de polarización para el circuito de la figura. opnsidere = 22; β=140 TH = = TH + + ( 1 β ) 6,05µ A TH + = 1 2 = 3,54K Ω TH = = = β = 0,85mA LTONA - FAT- UNT ( ) 12,2 = + = 40 omparar estos resultados con los obtenidos con el método aproximado

41 UTO D POLAZAÓN ON ALMNTAÓN AS-OLTO N AD TMA7 ed o malla de entrada: = ed o malla de salida: = + + ( ) = = ( 1 ) = = + = + β ( 1 β )( ) = + = β LTONA - FAT- UNT Si β > β 100 La estabilidad de del punto de operación de D se ve mejorado, mediante la resistencia y el lazo de realimentación 41

42 UTO D POLAZAÓN ON ALMNTAÓN AS-OLTO N AD TMA 7 = = ( 1 β )( ) ( β ) = = + = 1+ = 1,02mA jemplo 1: alcule la tensión de polarización y la corriente de polarización para el circuito de la figura. onsidere = 10; β=50; A =100KΩ; =150KΩ; =3KΩ; =1,2KΩ; 20,03µ A LTONA - FAT- UNT ( ) 5,72 = + = = β = 1, 0015mA 42

43 ANÁLSS GAFO D POLAZAÓN N D TMA 7 Técnica gráfica para encontrar el punto de operación de un circuito con TJ (Q) + m Q [ma] Q + + = + = + m D = 1 = b = + + ( + ) Q 1 + y mx b [] Las características típicas del colector, definen sólo la operación completa del dispositivo de transistores. Las restricciones del circuito también deben considerarse en la obtención del punto de operación real denominado punto de operación Q l punto de operación es el punto donde intersectan la recta de carga con la curva de corriente de base del circuito Muy importante 43 LTONA - FAT- UNT

44 ANÁLSS GAFO D POLAZAÓN N D TMA 7 La línea recta que representa la ecuación puede dibujarse sobre las curvas de salida para obtener los dos puntos extremos de la línea recta: 1. Para = O, = cc 2. Para = O, = /( + + Q [ma] m D = 1 + [] Aunque se utilizan los mismos ejes de tensión-corriente que los de las características del colector del transistor, la recta de carga de D no tiene nada que ver con el dispositivo. LTONA - FAT- UNT Q ( + ) Q 44

45 ANÁLSS GAFO D POLAZAÓN N D TMA 7 La recta de carga depende sólo de la tensión de alimentación cc, y de los valores de las resistencias del circuito de salida ( c y ) La pendiente de la línea de carga depende únicamente de los valores de las resistencias del circuito de salida ( c y ). La operación del circuito depende tanto de las características del transistor como de los elementos del circuito La representación gráfica de ambas curvas sobre un mismo juego de curvas o gráfico permite la determinación del punto Q del circuito. LTONA - FAT- UNT La recta de carga de D describe todos los valores posibles de tensión y corriente en la malla de salida del circuito 45

46 STALDAD D LA POLAZAÓN TMA 7 La corriente de colector puede variar debido a tres factores principales: 1. La corriente de saturación inversa O (tb llamada corriente de fuga) que se duplica por cada incremento de 10º 2. La tensión que disminuye 2,5 m/º 3. La ganancia β aumenta con la temperatura Se puede definir un factor de estabilidad para cada uno de estos parámetros: S( O) = β. ( ) ( ) = cte S = S β = β O β= cte = cte uanto mayor es S peor es la estabilidad del punto de operación. l mejor caso o caso ideal se cumple cuando S = 1 Análisis de S( O ): Si se deriva c respecto de : ( ) S O 1+ β = 1 β ( 1 β ) = β + + = β + + β = β + + β S O O ( 1 ) 1 ( 1 ) 1 O O LTONA - FAT- UNT n la actualidad el O de los transistores es muy bajo, por lo cual aún cuando S sea grande el cambio de c no será considerable. Debido a ello, este factor NO tiene mayor importancia en la actualidad 46

47 STALDADDLAPOLAZAÓN( O ) TMA7 álculo de S para distintas configuraciones: Para el circuito de polarización fija: = = 0 S = 1+ β Para el circuito de polarización fija con resistencia en emisor: = + = = = 1 1+ β 1+ β S = S( O) = = = 1 1+ β 1 β Para el circuito de polarización independient e o Auto polarizado: ( ) ( ) = + + = TH TH TH TH derivando 0 = 0+ ( TH + ) + = + S O 1+ β 1+ β = = 1 β 1+ β TH + TH 47 LTONA - FAT- UNT

48 Para que el factor de estabilidad sea próximo al ideal, es necesario que: 1 TH + TH Decir que para obtener la máxima estabilidad es necesario que TH <<. Una forma de cumplir esta condición es hacer TH 0, lo cual implica que: La estabilidad exige que la tensión en 2 NO AM a pesar que se modifique la corriente de base Para que la tensión en 2 sea constante e independiente de la corriente de base, es necesario que esta sea despreciable. O sea: 2 >>. n la práctica, para que se pueda cumplir la condición anterior, para hacer el diseño del circuito se adopta Otra forma de mejorar la estabilidad es aumentar, haciendo que se cumpla >> TH. n este caso la tensión disminuye provocando disminución de la máxima señal de salida Para que se cumpla que es despreciable frente a 2, es necesario que 2 ( 1+ β ), en este caso la tensión 2 se ajusta exclusivamente con 1 o 2 ste análisis es importante para los transistores de potencia que tienen O grandes Muy importante 48 LTONA - FAT- UNT

49 STALDADDLAPOLAZAÓN( ) TMA7 Análisis de S( ): la tensión disminuye 2,5m por cada º. l análisis se debe hacer a distintas temperaturas. ( ) S = β= cte O Si TH 1 S = ( ) 1+ β y β 1 = + + TH TH ( ) S = ( 1 β ) TH ( 1 β ) + + = + β TH TH = 1+ β TH β + + ( 1 β ) uanto mayor es mas estable el circuito ante la variación de con la temperatura Análisis de S(β): la ganancia de corriente βaumenta con la temperatura. l análisis se debe realizar para distintas temperaturas 49 LTONA - FAT- UNT

50 STALDAD D LA POLAZAÓN(β) TMA 7 l valor de beta es fuertemente dependiente de la temperatura. n transistores discretos tiene una dispersión en su valor muy importante, incluso para transistores del mismo tipo y a igual temperatura. n el circuito de polarización fija, la depende de beta: = β n el circuito de polarización fija con resistencia en emisor : 1 = β + 1+ β LTONA - FAT- UNT = β ( 1 ) = + + β 50

51 STALDAD D LA POLAZAÓN(β) TMA 7 n estos circuitos, para garantizar un valor de Q constante, y que se pueda reproducir y conseguir que no varíe, deberá hacerse independiente de beta, con una beta mínima lo suficientemente elevada ya que ésta es muy variable, y por tanto el diseño de lared de polarización deberá se tal que cumpla: 1 << 1 + ( si β >> 1) β β n el diseño, se puede aplicar la relación 1/10 ó 1/20, según el error admisible LTONA - FAT- UNT Si se garantiza Q constante, Q también será constante, siempre que beta>>1 1 = + 1+ β β 51

52 DSÑO D UTOS TMA 7 Diseño de ircuito de polarizacion fija con resistencia en emisor Diseñar el circuito significa que se deben calcular los TODOS los componentes externos del circuito de polarización: esistencias y fuente alimentación Polarice el amplificador de la figura en zona lineal. Para ello calcule el valor de las resistencias, sabiendo que = 12; β=250 La malla de salida: La malla de entrada: ( ) + + ( ( 1 ) ) β LTONA - FAT- UNT De modelo = β Las incógnitas son:,, 52 brinda estabilidad a la polarización de D, por lo que a mayor mayor estabilidad.

53 DSÑO D UTOS TMA 7 Pero si es muy grande, la tensión que cae en ella será grande y por lo tanto producirá una tensión de salida chica. O sea limita el intervalo de excursión de la tensión colector-emisor ntonces, conviene adoptar grande para máxima estabilidad o chico para máxima excursión de salida Se llega a un criterio de compromiso entre estabilidad y excursión de salida Se adopta la tensión de emisor 5 20 ( 1 ) De: se calcula = + β De: se calcula ( ( 1 ) ) β ( ) + + De: se calcula 53 LTONA - FAT- UNT

54 DSÑO D UTOS TMA 7 Malla de salida: = ( + ) = + = Malla de entrada: ntonces, conviene adoptar grande para máxima estabilidad o chico para máxima excursión de salida Se llega a un criterio de compromiso entre estabilidad y excursión de salida Se adopta la tensión de emisor 5 20 Para que la tensión en 2 sea constante e independiente de la corriente de base, es necesario que esta sea despreciable. O sea: 2 >>. n la práctica, para que se pueda cumplir la condición anterior, para hacer el diseño del circuito se adopta ntonces se adopta: Las incógnitas son: 1, 2,, p1 = p2 = p 10 Q 54 LTONA - FAT- UNT

55 DSÑO D UTOS TMA 7 Diseño de ircuito de polarizacion independiente de β 2. Se calcula : 3. Se adopta el valor de p : 4. Se calcula 2 : 5. erifique que : = Malla de salida: = ( + ) = + = Malla de entrada: Se adopta, según el criterio de compromiso entre buena estabilidad y máxima excursión de salida: 15% 5% ( ) ( 1 ) 1+ p2 10 Q = + = = β β 2 p Se calcula 1 y con las ecuaciones de las mallas de entrada y salida. + p 55 LTONA - FAT- UNT

56 DSÑO D UTO D POLAZAÓN NDPNDNT D βn AD TMA7 jemplo 9: Diseñe el amplificador de la figura para que trabaje en el punto de polarización especificado. Datos: = 18; β=250; =0,67; =8,5; = 5mA 4) Se calcula = = β 1)Se adopta: = 10% = 1,8 3) Se calcula: 2 = + = 2,47 20µ A 2) Se calcula: = = 360Ω LTONA - FAT- UNT 5) Se adopta: p2 = p1 = p 10 Q p = 200µ A 6) Se calcula = = KΩ 7) Se verifica: ,35 p ( ) β 12,35KΩ 90,36KΩ 56

57 DSÑO D UTO D POLAZAÓN NDPNDNT D βn AD TMA7 8) Se alcula = = KΩ , 65 p 9) Se calcula: Observaciones: = = 1406Ω 1. La corriente p siempre debe ser mucho menor que la corriente de colector. aso contrario se disiparía mucha potencia en las resistencias de polarización de base 1 y 2 y el circuito no tendría buen rendimiento. sto lleva a que las resistencias 1 y 2 siempre sean mucho mayor que. 2. La resistencia 1 siempre es mayor que 2 (salvo para tensiones de fuente chicas), ya que la tensión que cae en 2 siempre será menor. 57 LTONA - FAT- UNT

58 MODLO SMPLFADO DL TJ N LA GÓN D SATUAÓN TMA 7 egión de operación Unión - Unión - Directo Directo Saturación > γ >γ npn 0,9 0,2 > 0 β > > 0 GON D SATUAÓN - + 0,9 pnp + 0,2 - > 0 β > > 0 58 LTONA - FAT- UNT

59 MODLO SMPLFADO DL JT N LA GÓN D SATUAÓN TMA 7 n el límite de la región de saturación a la.a.d; v vale aproximadamente 0,7, yv = tensión umbral=0,5; por lo que valdrá 0,2, por eso se modela la tensión como una fuente de tensión constante de 0,2, aunque puede ser menor. La tensión en saturación, debido a que la corriente de base suele ser bastante elevada, puede llegar a ser de 0,8 o 0,9 en transistores de baja potencia Observación: Hay que tener en cuenta que los valores de =0,9y sat =0,2son valores típicos empleados en los cálculos de circuitos. LTONA - FAT- UNT De todos modos, es conveniente revisar las especificaciones de cada transistor en particular. 59

60 UTO D POLAZAÓN FJA N SATUAÓN TMA 7 egión de operación Saturación Unión - Unión - Directo Directo > γ >γ < β β = + = + = + sat sat + + = 0 = 0,2 0 sat sat > 0,7 0,9 Sat LTONA - FAT- UNT Saturación: Máximos niveles de operación 60

61 UTO D POLAZAÓN FJA N SATUAÓN TMA 7 jemplo: alcule el valor de las resistencias para que el transistor trabaje en la zona de saturación, sabiendo = 12; β=120; cmáx =100 ma De hoja de datos sat =0,7 Se adopta sat << máx sat =30 ma = 400Ω Sat = = 0,5 LTONA - FAT- UNT = = 11,3 sat Se adopta sat > csat / β = 1.2mA sat = 11,3 = 10KΩ 61

62 MODLO SMPLFADO N LA GÓN D OT TMA 7 egión de operación Unión - Unión - nverso nverso orte < γ <γ npn GON D OT pnp LTONA - FAT- UNT <0,5 <0,5 >-0,5 >-0,5 62 n transistores de Si, a temperaturas no muy elevadas, = =0

63 POLAZAÓN FJA N LA GÓN D OT TMA 7 jemplo: alcule el valor de las resistencias para que el transistor trabaje en la zona de corte, sabiendo = 12; β=250; co =15 na corte corte corte < 0,7 < 0,7 0,45 = + = 11,25 corte β = = 3,75µ A o O omo c es muy chica, se adopta: = + = 300KΩ o = 11 = 800MΩ o LTONA - FAT- UNT orte: Mínimos niveles de operación 63

64 TANSSTOS PNP TMA 7 Todo lo dicho para transistores NPN se aplica a los PNP sin más que: Mantener todos los tipos de polarización (directa o inversa). ambiarlos sentidos de todas las fuentes de tensión que se ha dibujado. Por convenio se mantiene los sentidos con los que se miden las tensiones. ambiarlos sentidos de todas las circulaciones reales de corriente. Por convenio se mantinen los sentidos con los que se miden las corrientes. < 0 - α > 0 α (- ) LTONA - FAT- UNT β β 64

65 AATÍSTAS TÉNAS TMA 7 Utilizando el código alfanumérico del transístor se pueden obtener sus características técnicas proporcionadas por el fabricante, consultando un data book o un data sheet. max O O O h F ó β Máxima corriente de colector que el transistor puede soportar. Si se excede este valor el TJ se puede quemar. Tensión máxima colector emisor con la base abierta. Tensión máxima colector base con el emisor abierto. Tensión máxima emisor base con el colector abierto. Ganancia o factor de amplificación de corriente, del transístor. LTONA - FAT- UNT h F = / P dmáx f T Potencia máxima que puede disipar el TJ sin quemarse Frecuencia de ganancia unitaria. 65

66 AATÍSTAS TÉNAS TMA 7 [ma] aracterísticas comunes a todos los transistores O máx GÓN D SATUAÓN =90µA =70µA =50µA =30µA =10µA ZONA D TAAJO OMO AMPLFADO =0µA P máx máx LTONA - FAT- UNT 0 sat GÓN D OT [] 66

67 UA D MÁXMA POTNA TMA 7 La Pmáxde trabajo de un transistor es un dato que proporcionan los fabricantes en las hojas de especificaciones técnicas s la potencia máxima que puede desarrollar el transistor sin provocar su destrucción l transistor posee una resistencia entre el colector y el emisor, que varía en función de. Por esta resistencia variable circula la corriente c, relativamente grande, que provoca en la misma una potencia calorífica, debido al efecto Joule. LTONA - FAT- UNT sta potencia se calcula: P d =. La potencia disipada se transforma íntegramente en calor, provoca un aumento de la temperatura en el transistor que, en el caso de salirse de los límites admisibles, provocará la destrucción del mismo. 67

68 UA D MÁXMA POTNA TMA 7 Trazado de la curva jemplo, para el transistor 107 se indica una potencia máxima de 300 mw. La curva de potencia máxima para este transistor será tal que el producto de por l c sea igual a 0,3 W: P máx = l c = 300 mw = 0,3 W Se construye una tabla dando valores a, por ejemplo O, 1, 4, 6, 10, 15 y 20. Luego se calculan las corrientes máximas que podrán circular por el colector para cada una de estas tensiones, sin que se sobrepase la potencia máxima de 0,3 W Una vez hecho esto se llevan los valores obtenidos a la familia de curvas de colector, formando el resultado de la unión de los puntos una hipérbola sta hipérbola divide a la característica en dos zonas claramente diferenciadas: la zona prohibida de funcionamiento, que queda por encima de la misma, en la cual la potencia es superior a 300 mw y, por lo tanto, es hay donde el transistor corre peligro de destrucción por la acción del calor; y la zona de trabajo, que queda por debajo de la hipérbola, y en la cual la potencia es inferior a 300 mw. 68 LTONA - FAT- UNT

69 UA D MÁXMA POTNA TMA 7 nfluencia de la temperatura ambiente en la P máx de un transistor La potencia máxima que puede disipar, en forma de calor, un transistor depende de la temperatura máxima permitida en la unión del colector Tj (máx). sta temperatura nunca debe ser superada, ya que a partir de ella se puede destruir el transistor. ste dato aparece en las hojas de características del componente. Para el transistor 107 posee una Tj(máx) de 175. La Pmáx a la que puede trabajar un transistor también depende de la temperatura ambiente. Generalmente, en las hojas técnicas se indica la potencia máxima para una temperatura ambiente de 25 n algunas hojas de especificaciones técnicas aparece una curva de reducción, como la que se muestra en la figura 69 LTONA - FAT- UNT

70 DSPADOS D ALO TMA 7 LTONA - FAT- UNT l uso de disipadores o radiadores externos de calor son necesarios para aquellos transistores que trabajan con potencias elevadas para evitar el sobreacalentamiento del componente y su posible destrucción. Los disipadores ayudan a disipar el calor generado en la juntura. 70

71 MPLAZO D TJ PO TANSÍSTOS TMA 7 Nunca se puede sustituir en un circuito un transistor de silicio por uno de germanio o viceversa. Tampoco se puede sustituir directamente un transistor NPN por uno PNP o viceversa. La letra (A,, ) que puede aparecer al final del código alfanumérico indica siempre mejoras en por lo menos 2 parametros, limites o características del transístor. jemplo: Un 548A sustituir por 548. Un 548A no sustituir o 548 LTONA - FAT- UNT 71