POLARIDADES DE LOS VOLTAJES Y LAS CORRIENTES EN BJTS POLARIZADOS EN LA REGIÓN ACTIVA
EJEMPLO El transistor npn tiene β =100 y un voltaje VBE = 0,7 a ic = 1mA. Diseñe el circuito para que circule una corriente de colector de 2mA y el voltaje de colector sea de 5V. Determine el voltaje VCE.
RECTA DE CARGA SOBRE LAS CARCTERÍSTICAS DE UN BJT NPN
VBE = 0,7V POLARIZACIÓN BÁSICA DE TRANSISTORES: ACTIVO β = 100 Suponemos que está en la región activa V BE = V B V E = 0,7V V E = 4V 0,7V = 3, 3V I E = 3,3V 3,3kΩ = 1mA α = β β 1 = 100 100 +1 = 0,99 I C = αi E = 0,99x1mA = 0,99mA I B = I C β = 0,01mA V C = 10V 4,7kΩx0,99mA = 5, 34V V CB = 5,34V 4V = 1, 34V Juntura CB polarizada en inverso, por lo tanto está activo.
VBE = 0,7V POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES: SATURADO β = 100 Suponemos que está en la región activa V BE = V B V E = 0,7V V E = 6V 0,7V = 5, 3V I E = 5,3V 3,3kΩ = 1,6mA I C = αi E = 0,99x1,6mA = 1,58mA V C = 10V 4, 7kΩx1,58mA = 2,57V V CB = 2,57V 6V = 3,43V Juntura CB polarizada en directo, por lo tanto no está activo Hay que considerar que el transistor se encuentra en la región de saturación y por lo tanto VCE = 0,2V
V BE = V B V E = 0,7V V E = 6V 0,7V = 5, 3V I E = 5, 3V 3, 3kΩ = 1,6mA V C = V E + V CE max = 5,3V + 0,2V = 5,5V I C = 10V 5,5V 4, 7kΩ = 0,96mA I B = I E I C = 1,6mA 0,96mA = 0,64mA Con estos valores, βι Β = 100 x 0,64mA = 64mA βι Β >> ICsat por lo tanto el transistor está saturado
POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES: EN CORTE Si no hay corriente de colector, VE=0 por lo tanto VBE=0. Si hubiera corriente de colector VC tendría un voltaje positivo, por lo tanto VBE =0. En cualquier caso el transistor está en la zona de corte. Por lo tanto todas las corrientes son igual a cero. El voltaje de colector es 10V y el de emisor 0V. En este caso el voltaje VCE es igual al de la fuente.
POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES PNP: ACTIVO VEB = 0,7V β = 100 Suponemos que está en la región activa V EB = V E V B = 0,7V Juntura CB polarizada en inverso, por lo tanto está activo.
POLARIZACIÓN SIN RESISTENCIA RE: DEPENDENCIA DE β VBE = 0,7V β = 100 La juntura base- emisor está polarizada en directo. VBE tiene una polarización negativa de 1,4 V. EL BJT está activo. Tanto IC como IB dependen mucho de β. Si aumenta 15%: Saturación
POLARIZACIÓN BJT NPN UNA FUENTE CON RESISTENCIA RE β = 100 VBE = 0,7V En primer lugar se calcula el Thevenin en el circuito de Base. Se escribe la ecuación de la malla del circuito de base Se tiene
V E = I E xr E =1,29mAx3kΩ = 3,87V V CE = V C V E = 8,6V 3,87V = 4, 73V
COMPROBACIÓN DE LA DEPENDENCIA DE β Qué sucede en los ejemplos anteriores si β es 300? I C = βi B = 12,9mA Considerando VCEsat = 0 I C max = 10V 2kΩ = 5mA I B = 0,43mA I C = 5mA Por lo tanto: βi B > I Csat V CE = 0V
I B = I E β +1 ( ) I E = I B = 5V 0,7V [ ( )] 3kΩ+ 33, 3kΩ 300 +1 = 1, 38mA I E ( β +1) = 1,38mA 301 0,0045mA α = 300 301 = 0,9966 I C = αi E = 0,9966x1, 38mA = 1, 3754mA V B = V BE + R E I E = 0, 7V +1, 38mAx3kΩ = 4,84V V C = 15V R C I C = 15V 1,3754mAx5kΩ = 8,12V V E = R E I E = 1,38mAx3kΩ = 4,14V V CE = V C V E = 8,12V 4,14V = 3,98V Activo
CONCLUSIONES En el circuito con la resistencia RE el transistor continúa en el modo activo frente a una variación porcentual de β de: Δβ = 300 100 100 x100 = 200% La variación de la corriente de colector es: ΔI C = 1, 3754 1,28 1,28 x100 = 7,45% Por lo tanto la configuración con resistencia RE es muy estable frente a variaciones de β.
CONFIGURACIÓN CLÁSICA CON DOS FUENTES NPN Una variación de la configuración estable ante variaciones de β consiste en alimentar el transistor con fuentes en Colector y Emisor mientras que la base queda conectada a tierra. Del circuito se puede ver que Esta es la misma ecuación desarrollada para el circuito con RE, cambiando VBB por VEE, por lo tanto los resultados son similares. La resistencia RB puede eliminarse si cuando se use el transistor como amplificador, la señal a amplificar no entre por la Base.
CONFIGURACIÓN CLÁSICA CON DOS FUENTES PNP Considerar que VEB = 0,7 β =100 V CC = R E I E + V EB I E = V CC V EB R E = 10V 0, 7V 10kΩ = 0,93mA I C = αi E = 0,92mA I B = I C β = 0,0092mA V EC = 10V +10V 0,93mAx10kΩ 0,92x5kΩ = 6,10V
POLARIZACIÓN DE BJT NPN CON RESISTENCIA CB V CC = R C ( β +1)I B + R B I B + V BE Si β β +1 y RC(β +1) >> RB I B = V CC V BE R C β +1 ( ) + R B I C = β V CC V BE R C β +1 ( ) + R B I C V CC V BE R C I E = I C α Punto de operación independiente de las variaciones de β V CC = R C I E + V CE V CE = V CC R C I E
REGIÓN DE OPERACIÓN DEL NPN CON RESISTENCIA CB Para estar en la zona activa y no pasar a saturación la juntura Base - Colector debe estar polarizada en inverso. Para un NPN esto significa VCB>0. Con las ecuaciones anteriores: Hay varias formas de calcular este voltaje. Una de ellas: V CB = I B R B = I C β R B = V CC V BE βr C Para que el transistor pueda operar VCC > VBE por lo tato VCB siempre es mayor que cero.
POLARIZACIÓN DEL PNP CON RESISTENCIA CB V CC = R C ( β +1)I B + R B I B + V EB I B = V CC V EB R C β +1 ( ) + R B V I C = β CC V EB R C β +1 ( ) + R B I C V CC V EB R C Punto de operación estable, independiente de las variaciones de β. V CC = R C I E + V EC V EC = V CC R C I E
REGIÓN DE OPERACIÓN DEL PNP CON RESISTENCIA CB Para estar en la zona activa y no pasar a saturación la juntura Base - Colector debe estar polarizada en inverso. Para un NPN esto significa VBC>0. Con las ecuaciones anteriores: Hay varias formas de calcular este voltaje. Una de ellas: V BC = I B R B = I C β R B = V CC V EB βr C Para que el transistor pueda operar VCC > VEB por lo tato VBC siempre es mayor que cero.
CONDICION DE SATURACIÓN EN UN NPN POLARIZADO CON UNA SOLA FUENTE En esta configuración, la corriente en el emisor es Se cumple: Por lo tanto, cuando el voltaje Colector- Emisor es cero (condición de saturación), la corriente máxima de colector está dada por: Por lo tanto, si al analizar el circuito de base se obtiene que el producto de βib es mayor que ICmax, el transistor se encuentra en la región de saturación.
POLARIZACIÓN BJT PNP UNA FUENTE CON RESISTENCIA RE
La corriente en el colector es independiente de β, por lo tanto el punto de operación es estable
Nº 1 EJERCICIOS DE POLARIZACIÓN
Nº 2
Nº 3
Recta de carga sobre las características del transistor analizado
b) Para tener el BJT en la región activa aumentamos las resistencias del circuito de base a fin de reducir la corriente de colector
El transistor está en la zona activa
Este circuito no presenta estabilidad ante variaciones de β Para que sea estable hay que tener en cuenta lo siguiente: Se aumenta RE a 1kΩ