Comentarios y compensación
El propósito básico de la red de polarización es establecer relaciones de voltaje y corriente colector-base-emisor en el punto de operación del circuito (el punto de operación también se conoce como punto de reposo, punto Q, punto sin señal, punto inactivo, o punto estático). Dado que los transistores rara vez operan en este punto Q, las redes de polarización básicas se utilizan generalmente como referencia o punto de partida para el diseño.
La configuración real del circuito y, especialmente, los valores de la red de polarización se seleccionan sobre la base de las condiciones dinámicas del circuito (oscilación de voltaje de salida deseada, nivel de señal de entrada esperado, etc.) Una vez que se establece el punto de operación deseado, la siguiente función de la red de polarización es para estabilizar el circuito amplificador en este punto. La red de polarización básica debe mantener las relaciones de corriente deseadas en presencia de cambios de temperatura y suministro de energía, y posible reemplazo del transistor.
En algunos casos, los cambios de frecuencia y los cambios causados por el componente nuevamente también deben ser compensados por la red de polarización. Este proceso se conoce generalmente como estabilización de sesgos. La estabilización de polarización adecuada mantendrá el circuito del amplificador en el punto de funcionamiento deseado (dentro de los límites prácticos) y evitará la fuga térmica.
Factor de estabilidad 'S'
Se define como la tasa de cambio de la corriente del colector con la corriente de saturación inversa, manteniendo β y V BE constantes. Se expresa como
$$ S = \ frac {\ mathrm {d} I_c} {\ mathrm {d} I_c} $$
Métodos de estabilización de sesgos
El método para hacer que el punto de operación sea independiente de los cambios de temperatura o variaciones en los parámetros de los transistores se conoce como stabilization. Existen varios esquemas para proporcionar estabilización de polarización de amplificadores de estado sólido. Todos estos esquemas involucran una forma de retroalimentación negativa. Es decir, cualquier etapa en las corrientes de transistores produce un cambio de voltaje o corriente correspondiente que tiende a contrarrestar el cambio inicial.
Hay dos métodos fundamentales para producir retroalimentación negativa, retroalimentación de voltaje inverso y retroalimentación de corriente inversa.
Retroalimentación de voltaje inverso
La siguiente figura muestra la red básica de polarización de voltaje inverso. La unión emisor-base está polarizada hacia adelante por el voltaje en la unión de R 1 y R 2 . La unión base-colector está polarizada inversamente por el diferencial entre los voltajes en el colector y la base.
Normalmente, el colector de un amplificador acoplado por resistencia está a un voltaje de aproximadamente la mitad del de la resistencia de suministro (R 3 ), conectado entre el colector y la base. Dado que el voltaje del colector es positivo, una parte de este voltaje se retroalimenta a la base para soportar la polarización directa.
La polarización directa normal (o punto Q) en la unión emisor-base es el resultado de todos los voltajes entre el emisor y la base. Como colector de corriente aumenta, una caída de tensión más grande se produce a través de R L . Como resultado, el voltaje en el colector disminuye, reduciendo la retroalimentación de voltaje a la base a través de R 3 . Esto reduce la polarización directa emisor-base, reduciendo la corriente del emisor y bajando la corriente del colector a su valor normal. Como hay una disminución inicial en la corriente del colector, tiene lugar una acción opuesta y la corriente del colector se eleva a su valor normal (punto Q).
Cualquier forma de retroalimentación negativa o inversa en un amplificador tiende a oponerse a todos los cambios, incluso a los producidos por la señal que se amplifica. Esta retroalimentación inversa o negativa tiende a reducir y estabilizar la ganancia, así como a cambios no deseados. Este principio de estabilización de la ganancia mediante realimentación se utiliza en más o menos todos los tipos de amplificadores.
Realimentación de corriente inversa
La siguiente figura muestra una red de polarización de corriente inversa (emisor-retroalimentación) distintiva que utiliza un transistor NPN. La realimentación de corriente se usa más comúnmente que la realimentación de voltaje en los amplificadores de estado sólido. Esto se debe a que los transistores son principalmente dispositivos operados por corriente, en lugar de dispositivos operados por voltaje.
El uso de una resistencia de retroalimentación de emisor en cualquier circuito de polarización se puede resumir de la siguiente manera: La corriente de base depende del diferencial de voltaje entre la base y el emisor. Si se reduce el voltaje diferencial, fluirá menos corriente base.
Lo contrario es cierto cuando se aumenta el diferencial. Toda la corriente fluye por el colector. El voltaje cae a través de la resistencia del emisor y, por lo tanto, no es completamente dependiente. A medida que aumenta la corriente del colector, también aumentará la corriente del emisor y la caída de voltaje a través de la resistencia del emisor. Esta retroalimentación negativa tiende a disminuir el diferencial entre la base y el emisor, disminuyendo así la corriente de la base. A su vez, la corriente de base más baja tiende a disminuir la corriente del colector y contrarresta los aumentos iniciales de la corriente del colector.
Compensación de sesgo
En los amplificadores de estado sólido, cuando la pérdida de ganancia de señal es intolerable en una aplicación particular, a menudo se utilizan técnicas de compensación para reducir la desviación del punto de operación. Con el fin de proporcionar la máxima polarización y estabilización térmica, los métodos de compensación y estabilización se pueden emplear juntos.
La siguiente figura muestra la técnica de compensación de diodos que utilizó tanto la compensación de diodos como la estabilización de autopolarización. Si tanto el diodo como el transistor son del mismo tipo, entonces tienen el mismo coeficiente de temperatura en todo el circuito. Aquí, el diodo está polarizado hacia adelante. KVL para el circuito dado se puede expresar como:
$$ I_c = \ frac {\ beta [V - (V_ {BE} - V_o)] + (Rb + Rc) (\ beta + 1) ICO} {Rb + Rc (1 + \ beta)} $$
De la ecuación anterior se desprende claramente que $ V_ {BE} $ sigue a VO con la temperatura e Ic no tendrá ningún efecto sobre las variaciones en $ V_ {BE} $. Este es un método efectivo para cuidar el punto de operación del transistor debido a la variación en $ V_ {BE} $.
Dispositivo de compensación de temperatura
También podemos usar algún dispositivo sensible a la temperatura para compensar las variaciones de las características internas del transistor. El termistor tiene un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que con el aumento de temperatura, su resistencia disminuye exponencialmente. La siguiente figura muestra un circuito que usa termistor (R T ) para reducir el aumento en la corriente del colector debido al cambio en $ V_ {BE} $, ICO o β con la temperatura.
Cuando la temperatura aumenta, R T disminuye y la corriente alimentada a través de R T hacia R E aumenta. La caída de voltaje de acción a través de R E es en la dirección opuesta para invertir la polarización del transistor. R T actúa para tender a compensar el aumento de IC, que aumenta debido al aumento de temperatura.