Compensación de sesgo
Hasta ahora hemos visto diferentes técnicas de estabilización. La estabilización se produce debido a la acción de retroalimentación negativa. La retroalimentación negativa, aunque mejora la estabilidad del punto de funcionamiento, reduce la ganancia del amplificador.
Como la ganancia del amplificador es una consideración muy importante, se utilizan algunas técnicas de compensación para mantener una excelente polarización y estabilización térmica. Veamos ahora estas técnicas de compensación de sesgos.
Compensación de diodos por inestabilidad
Estos son los circuitos que implementan técnicas de compensación que utilizan diodos para hacer frente a la inestabilidad de polarización. Las técnicas de estabilización se refieren al uso de circuitos de polarización resistiva que permiten que I B varíe para mantener I C relativamente constante.
Hay dos tipos de métodos de compensación de diodos. Ellos son -
- Compensación de diodos por inestabilidad debido a la variación V BE
- Compensación de diodos por inestabilidad debido a la variación de I CO
Entendamos estos dos métodos de compensación en detalle.
Compensación de diodos por inestabilidad debido a la variación V BE
En un transistor de silicio, los cambios en el valor de V BE resultados en los cambios en la I C . Se puede emplear un diodo en el circuito emisor para compensar las variaciones en V BE o I CO . Como el diodo y el transistor utilizados son del mismo material, el voltaje V D a través del diodo tiene el mismo coeficiente de temperatura que V BE del transistor.
La siguiente figura muestra el auto sesgo con estabilización y compensación.
El diodo D está polarizado por la fuente V DD y la resistencia R D . La variación de V BE con la temperatura es la misma que la variación de V D con la temperatura, por lo que la cantidad (V BE - V D ) permanece constante. Entonces, la corriente I C permanece constante a pesar de la variación en V BE .
Compensación de diodos por inestabilidad debido a la variación de I CO
La siguiente figura muestra el diagrama de circuito de un amplificador de transistor con diodo D utilizado para compensar la variación en I CO .
Por lo tanto, la corriente de saturación inversa I O del diodo aumentará con la temperatura a la misma velocidad que la corriente de saturación del colector del transistor I CO .
$$ I = \ frac {V_ {CC} - V_ {BE}} {R} \ cong \ frac {V_ {CC}} {R} = Constante $$
El diodo D está polarizado inversamente por V BE y la corriente a través de ella es la corriente de saturación inversa I O .
Ahora la corriente base es,
$$ I_B = I - I_O $$
Sustituyendo el valor anterior en la expresión de corriente de colector.
$$ I_C = \ beta (I - I_O) + (1 + \ beta) I_ {CO} $$
Si β ≫ 1,
$$ I_C = \ beta I - \ beta I_O + \ beta I_ {CO} $$
Ies casi constante y si I O del diodo y I CO del transistor se rastrean entre sí en el rango de temperatura de funcionamiento, entonces I C permanece constante.
Otras compensaciones
Existen otras técnicas de compensación que se refieren al uso de dispositivos sensibles a la temperatura como diodos, transistores, termistores, sensores, etc. para compensar la variación de corrientes.
Hay dos tipos populares de circuitos en este método, uno que usa un termistor y el otro que usa un Sensistor. Echemos un vistazo a ellos.
Compensación de termistor
El termistor es un dispositivo sensible a la temperatura. Tiene coeficiente de temperatura negativo. La resistencia de un termistor aumenta cuando la temperatura disminuye y disminuye cuando la temperatura aumenta. La siguiente figura muestra un amplificador de autopolarización con compensación de termistor.
En un circuito amplificador, los cambios que ocurren en I CO , V BE y β con la temperatura aumentan la corriente del colector. Se emplea un termistor para minimizar el aumento de la corriente del colector. Como la temperatura aumenta, la resistencia R T del termistor disminuye, lo que aumenta la corriente a través de él y la resistencia R E . Ahora, el voltaje desarrollado a través de R E aumenta, lo que polariza en sentido inverso la unión del emisor. Esta polarización inversa es tan alta que el efecto de las resistencias R 1 y R 2 que proporcionan polarización directa también se reduce. Esta acción reduce el aumento de la corriente del colector.
Por lo tanto, la sensibilidad a la temperatura del termistor compensa el aumento de la corriente del colector, que se produjo debido a la temperatura.
Compensación de Sensistor
Un Sensistor es un semiconductor muy dopado que tiene un coeficiente de temperatura positivo. La resistencia de un Sensistor aumenta con el aumento de temperatura y disminuye con la disminución de temperatura. La siguiente figura muestra un amplificador de autopolarización con compensación de Sensistor.
En la figura anterior, la Sensistor puede ser colocado en paralelo con R 1 o en paralelo con R E . A medida que aumenta la temperatura, la resistencia de la combinación en paralelo, el termistor y R 1 aumenta y su caída de voltaje también aumenta. Esto disminuye la caída de voltaje en R 2 . Debido a la disminución de este voltaje, la polarización directa neta del emisor disminuye. Como resultado de esto, I C disminuye.
Por lo tanto, al emplear el Sensistor, se controla el aumento en la corriente del colector que es causado por el aumento de I CO , V BE y β debido a la temperatura.
Resistencia termica
El transistor es un dispositivo dependiente de la temperatura. Cuando se opera el transistor, la unión del colector recibe un gran flujo de electrones y, por lo tanto, genera mucho calor. Este calor si aumenta más allá del límite permitido, daña la unión y, por lo tanto, el transistor.
Para protegerse a sí mismo de daños, el transistor disipa el calor de la unión a la caja del transistor y de allí al aire libre que lo rodea.
Sea, la temperatura ambiente o la temperatura del aire circundante = T A o C
Y, la temperatura de la unión colector-base del transistor = T J o C
Como T J > T A , la diferencia T J - T A es mayor que la potencia disipada en el transistor P D será mayor. Así,
$$ T_J - T_A \ propto P_D $$
$$ T_J - T_A = HP_D $$
Donde H es la constante de proporcionalidad, y se llama como Thermal resistance.
La resistencia térmica es la resistencia al flujo de calor desde la unión al aire circundante. Está denotado por H.
$$ H = \ frac {T_J - T_A} {P_D} $$
La unidad de H es o C / vatio.
Si la resistencia térmica es baja, la transferencia de calor del transistor al aire será fácil. Si la caja del transistor es más grande, la disipación de calor será mejor. Esto se logra mediante el uso de disipador de calor.
Disipador de calor
El transistor que maneja mayores potencias disipa más calor durante la operación. Este calor, si no se disipa correctamente, podría dañar el transistor. Por lo tanto, los transistores de potencia generalmente se montan en cajas de metal grandes para proporcionar un área más grande para obtener el calor irradiado que se genera durante su funcionamiento.
La hoja de metal que ayuda a disipar el calor adicional del transistor se conoce como heat sink. La capacidad de un disipador de calor depende de su material, volumen, área, forma, contacto entre la caja y el disipador y el movimiento del aire alrededor del disipador.
El disipador de calor se selecciona después de considerar todos estos factores. La imagen muestra un transistor de potencia con un disipador de calor.
Un pequeño transistor en la imagen de arriba está fijado a una hoja de metal más grande para disipar su calor, de modo que el transistor no se dañe.
Escapes térmicos
El uso de disipadores de calor evita el problema de Thermal Runaway. Es una situación en la que un aumento de temperatura conduce a la condición de que un aumento adicional de temperatura conduce a la destrucción del dispositivo en sí. Esta es una especie de retroalimentación positiva incontrolable.
Heat sinkno es la única consideración; Otros factores, como el punto de funcionamiento, la temperatura ambiente y el tipo de transistor utilizado, también pueden provocar una fuga térmica.