Cuando desee diseñar circuitos de transistores bipolares, debe saber cómo polarizarlos. El sesgo consiste en aplicar electricidad a un transistor de una manera específica para que el transistor funcione de la manera que usted desea. Hay principalmente cinco clases de amplificadores: Clase A, Clase B, Clase AB, Clase C y Clase D. En este artículo nos centraremos en polarizar el transistor en una configuración de emisor común para la operación de amplificador de clase A de frecuencia de audio lineal, lo que significa lineal La señal de salida es la misma que la de entrada pero amplificada.
Los basicos
Para que un transistor de silicio normal funcione en modo activo (utilizado en la mayoría de los circuitos amplificadores), su base debe estar conectada a un voltaje de al menos 0,7 V (para dispositivos de silicio) más alto que el emisor. Después de aplicar este voltaje, el transistor se enciende y la corriente del colector comienza a fluir, con una caída de 0,2 V a 0,5 V entre el colector y el emisor. En el modo activo, la corriente del colector es aproximadamente igual a la corriente base multiplicada por la ganancia de corriente (hfe, β) de un transistor.
Ib = Ic / hfe Ic = Ib * hfe
Este proceso se invierte en el transistor PNP, deja de conducir al aplicar un cierto voltaje a su base. Obtenga más información sobre el transistor NPN y el transistor PNP aquí.
Sesgo fijo
La forma más sencilla de polarizar un BJT se presenta en la siguiente figura, R1 proporciona la polarización de la base y la salida se toma entre R2 y el colector a través de un capacitor de bloqueo de CC, mientras que la entrada se alimenta a la base a través de un capacitor de bloqueo de CC. Esta configuración solo debe usarse en preamplificadores simples y nunca potencia las etapas de salida, especialmente con un altavoz en lugar de R2.
Para polarizar el transistor necesitamos conocer el voltaje de suministro (Ucc), el voltaje base-emisor (Ube, 0.7V para silicio, 0.3 para transistores de germanio), la corriente de base requerida (Ib) o la corriente de colector (Ic) y la ganancia de corriente del transistor (hfe, β).
R1 = (Ucc - Ube) / Ib R1 = (Ucc - Ube) / (Ic / hfe)
El valor de R2 para una ganancia y distorsión óptimas se puede estimar dividiendo el voltaje de suministro por la corriente del colector. La ganancia del amplificador con este valor de R2 es alta, alrededor del valor de la ganancia de corriente del transistor (hfe, β). Después de agregar una carga a la salida, como un altavoz o la siguiente etapa de amplificación, el voltaje de salida caerá debido a R2 y la carga actuará como divisor de voltaje. Se recomienda que la impedancia de carga o la impedancia de entrada de la siguiente etapa sea al menos 4 veces mayor que R2. Los condensadores de acoplamiento deben proporcionar menos de 1/8 de la impedancia de carga o la impedancia de entrada de la siguiente etapa a la frecuencia más baja de operación.
Sesgo del divisor de voltaje / Sesgo propio
La siguiente figura es la configuración de polarización más utilizada, es estable a la temperatura y proporciona muy buena ganancia y linealidad. En los amplificadores de RF, R3 se puede reemplazar con un inductor de RF. Además de una resistencia de base única (R1) y una resistencia de colector (R3), tenemos una resistencia de base adicional (R2) y una resistencia de emisor (R4). R1 y R2 forman un divisor de voltaje y, junto con la caída de voltaje en R4, se establecen en el voltaje base (Ub) del circuito. Los cálculos son más complicados debido a que hay más componentes y variables a tener en cuenta.
Primero, comenzamos calculando la relación de resistencia del divisor de voltaje base, dictada por la fórmula que se muestra a continuación. Para comenzar los cálculos, necesitamos estimar los valores de la corriente del colector y las resistencias R2 y R4. Se puede calcular que la resistencia R4 caiga 0.5V a 2V a la corriente de colector deseada y R2 se establece para que sea de 10 a 20 veces mayor que R4. Para los preamplificadores, R4 suele estar en el rango de 1k-2k ohmios.
El R4 no desacoplado causa retroalimentación negativa, disminuyendo la ganancia mientras disminuye la distorsión y mejora la linealidad. Desacoplarlo con un condensador aumenta la ganancia, por lo que se recomienda utilizar un condensador de gran valor con una pequeña resistencia en serie.