Polarizador de tensión.
La polarización por divisor de tensión (PDT), es la más usada para polarizar un transistor. Esta se basa en la utilización de una malla resistiva para producir las caídas de tensión específicas en cada parte del transistor. Basándonos en el siguiente circuito:
Observa que el circuito que está conectado a la base está formado por un divisor de tensión R1 y R2 que está conectado por un extremo a la fuente de alimentación continua y por el otro a masa o negativo. Entre ambas uniones de la resistencia se conecta la base del transistor, por lo que podemos deducir viendo el circuito es que:
● La caída de tensión en R1 se aplicará sobre la base – colector.
● La caída de tensión en R2 se aplicará sobre la base – emisor.
Pero claro está que de estudios anteriores (repasa curso de Electrónica), sabemos que la tensión base – emisor no aumentará más de 0,7V ya que es la tensión que ofrece la barrera de potencial del diodo emisor.
Por lo que necesitaríamos de una resistencia de emisor para poder ofrecer una intensidad adecuada al transistor (pero eso ya lo iremos viendo).
Resumiendo R2 deberá de proporcionar una tensión superior a 0,7V para que funcione correctamente el circuito con polarización por divisor de tensión.
Calculo del circuito
Según el circuito siguiente:
Podemos establecer el circuito anterior como polarización de emisor por divisor de tensión (PEDT).
Ahora podrás ver que la tensión que cae en la resistencia de base (4KΩ) se aplica directamente a la entrada del transistor Ze y la resistencia de emisor Re de 1KΩ, por lo que la tensión en que cae en Re vendrá definida por la formula siguiente:
Siendo Idiv, la intensidad que circula por el divisor de tensión y VBE la tensión base – emisor y que el caso es de 0,7V a efectos prácticos.
NOTA: Como puedes notar voy a empezar a distinguir entre tensiones continuas (con las létras en mayúsculas de los valores y magnitudes), para magnitudes continuas. Las fórmuals con letras en minúsculas te dirán que la fórmula tiene en cuenta magnitudes alternas.
Calcular la intensidad del divisor es muy sencillo; basta con utilizar Ohm. Esa tensión de emisor producirá por la resistencia de emisor una intensidad por el mismo produciendo de la misma manera con Ohm. Y por lo tanto podremos calcular el resto de valores de manera sencilla aplicando las mismas fórmulas que el anterior punto.
Para que veas lo sencillo que es hallar el punto de polarización de corriente en un transistor voy a realizar el cálculo simple del sistema.
Primero. Calcula la Idiv.Tan fácil como dividir la tensión de la alimentación y la suma de las resistencias del divisor de manera que nos da una intensidad de:
Idiv = 10V ÷ 14000Ω = 7,142857x10-04 = 0,71mA
Segundo. Calcular la tensión de base.Ahora obtenemos la VBB multiplicando la intensidad del divisor por la resistencia de base R2.
VBB = 714µA x 4000Ω = 2,857V
Tercero. Calcular la tensión y corriente de emisor.Restando la tensión VBE a la tensión de VBB obtenemos la tensión en RE:
VE = VBB – VBE
VE = 2,86V – 0,7V = 2,157V.
IE = VE ÷ RE = 2,15V ÷ 1000Ω = 0,002157 = 2,1mA.Cuarto. Tensión en el colector.La tensión en el colector viene dada por la diferencia de tensión de la fuente de alimentación y la tensión que cae en RC. Si este valor da un valor caótico, el circuito está saturando.
VC = VCC – (IC x RC) = 10V – (2,1mA x 1500Ω) = 6,76V.Y ahora ya se puede calcular la caida de tensión en VCE que es la diferencia entre la tensión de colector y la tensión de emisor.
VCE = VC – VE = 6,76V – 2,15V = 4,61VTodos estos valores se muestran en el siguiente circuito:
Como puedes ver existe una pequeña diferencia en los valores y se debe al uso de aproximaciones utilizadas, ya que NO hemos incluido las impedancias de entrada y salida del dispositivo.
Aproximaciones.
En esta parte vamos a introducir el término de las aproximaciones para establecer un cálculo más real al mostrado en el circuito. En las aproximaciones se tendrá en cuenta la resistencia de entrada al dispositivo, y la impedancia total.
A continuación verás que la impedancia de entrada varía según se tenga en cuenta un valor u otro en nuestro circuito. Observa en el circuito superior, que la tensión en R2 nos da un valor de 2,84V, pero sin embargo cuando hicimos los cálculos nos dio una tensión de 2,857V.
Esos pequeños errores se deben a valores producidos por las variaciones resistivas en el material de las resistencias y la impedancia de entrada del transistor, por lo que cuando se diseña un circuito real se ha de tener en cuenta esos valores pues pueden modificar los cálculos reales en el sistema.
Pues bien, lo primero que tienes que tener en cuenta es que la aproximación más real a la hora de utilizar el circuito por divisor de tensión es que las dos resistencias del divisor interactúan con la impedancia de entrada del transistor y por lo tanto modificarán de impedancia de entrada del sistema.
Si vuelves a repasar los cursos de electrónica de mirpas.com, en la clase 1, verás que existe una regla que dice que una fuente de tensión es constante cuando la impedancia de la fuente de alimentación es 100 veces inferior a la resistencia de carga de dicha fuente.
Aplicando este concepto al divisor de tensión, podremos calcular una resistencia Thevenin al circuito de entrada para conseguir una fuente constante en el circuito de entrada del transistor. De tal manera que:
RTH = R1 || R2Y aplicando ese concepto al circuito de entrada nos queda que:
Por lo que podemos sustituir la anterior formula por:
De tal manera que ahora si podremos obtener un divisor de tensión muy estable. Y con esto podemos obtener una intensidad de emisor mucho más real de acuerdo a la formula siguiente:
Recta de carga.
La consecuencia de la estabilización del divisor de tensión es que la tensión en el emisor se mantiene constante y el punto Q se mantiene inmune a los cambios de la ganancia de corriente. Para variar el punto Q, deberíamos de variar la resistencia de emisor utilizando una resistencia variable como se muestra en el siguiente circuito.
Lo cual ahora al variar la resistencia de emisor, estaremos variando el punto Q a través de la recta de carga y ya no variará el mismo de acuerdo a la ganancia de corriente como lo hacía en la polarización por base. Calculemos 3 posiciones del punto Q:
Punto Q, centrado en la recta.En esta configuración sabemos que la resistencia de emisor mueve el punto Q y según sea Re de mayor valor, moverá al punto Q hacia el corte y mientras sea más pequeña, lo llevará a la saturación.
Entonces es conveniente que el punto Q esté lo más centrado posible dentro de la recta. Para ello, nos ayudaremos del anterior circuito para establecer el punto de trabajo con el potenciómetro en su parte superior (máximo valor de 1KΩ). Representando la recta de carga, nos da una posición tal cual muestro.
Ahora cuando variemos el potenciómetro RE y bajemos su valor, veremos como el punto Q se desplaza hacia arriba de la recta de carga debido a que aumenta la intensidad de emisor.
NOTA: Solo te puedo mostrar este punto porque he escogido un potenciómetro en el LiveWire de 1KΩ. Pero si aumenta la resistencia de ese valor desplazarás el punto Q hacia el corte.
