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C2 · BJT

Polarización de CC: fija el sitio antes de que algo oscile

Para usar un transistor como amplificador, primero hay que asentarlo en un punto de la región activa. En esta unidad cambias tú mismo la polarización y buscas dónde, sobre la recta de carga, debe quedar el punto de trabajo para que la señal pueda oscilar lo más ampliamente posible.

Mueve el punto de trabajo por la recta de carga

La recta inclinada es la recta de carga, y la corriente de colector y la tensión colector-emisor siempre quedan juntas sobre ella. Al cambiar la polarización, el punto de trabajo se desliza por la recta: el extremo superior izquierdo es saturación y el inferior derecho es corte. Busca el sitio donde la señal puede oscilar con más amplitud.

Corriente de base de polarización IbIb = 8 μA
Punto de operación Q
Vce = 9.2 V Ic = 0.8 mA
El punto de trabajo está cerca del corte. Vce llega casi hasta Vcc, así que hay mucho margen para bajar pero casi ninguno para subir.
En un borde · sin oscilación

La recta de carga, una promesa del lazo de colector

En el lado del colector, la fuente Vcc y la resistencia Rc están en serie con el transistor. Al aplicar la ley de tensiones de Kirchhoff a esta malla se obtiene Vcc = Ic Rc + Vce, es decir, Vce = Vcc - Ic Rc, que es una recta en el plano de Ic y Vce: la recta de carga. Un extremo es el corte, donde Ic es 0 (Vce = Vcc), y el otro la saturación, donde Vce es casi 0 (Ic = Vcc/Rc). El punto de trabajo del transistor siempre está en algún lugar de esta recta.

La polarización fija el punto de operación Q

En qué punto de la recta de carga se asienta lo decide la corriente de polarización que entra en la base. Una vez que la polarización fija Ib, la relación de C1, Ic = β Ib, fija la corriente de colector, y donde esa Ic corta la recta de carga está el punto de trabajo Q. Con muy poca polarización, Q baja hacia el corte y el transistor se apaga; con demasiada, sube hacia la saturación, donde Vce se pega al fondo y ya no puede moverse.

El medio es mejor: margen para oscilar

Más adelante, al aplicar una señal, Vce oscila arriba y abajo alrededor del punto de trabajo. Si Q está demasiado cerca de un extremo, la oscilación choca enseguida con el corte o la saturación y se recorta (recorte). En el centro mismo de la recta de carga, donde los márgenes arriba y abajo son iguales, es decir, cuando Vce ronda la mitad de Vcc, la señal puede oscilar con la mayor amplitud hacia ambos lados. Una buena polarización también debe evitar que Q se mueva mucho cuando cambian β o la temperatura, y lo habitual es conseguir esa estabilidad con una resistencia en el emisor.

ObservaVce = Vcc - Ic Rc
La recta de carga es la KVL escrita para el circuito de colector.
EligeIc,sat = Vcc / ?
En el extremo de saturación Vce=0, así que Ic es Vcc sobre Rc.
CompletaIc = β ?
La corriente de colector en el punto de trabajo es β veces la Ib fijada por la polarización.
Por tu cuentaVce,Q ≈ ?
La oscilación máxima es cuando Vce es la mitad de Vcc.

De vuelta a la primera pantalla

Con poca polarización, el punto de trabajo colgaba en el extremo inferior derecho, cerca del corte, sin margen para oscilar hacia arriba. Con mucha, se pegaba al extremo superior izquierdo, del lado de la saturación, y desaparecía el margen para oscilar hacia abajo. Solo en el centro de la recta de carga los márgenes de arriba y de abajo se igualaron. El punto de trabajo siempre está sobre la recta de carga, su posición la fija la polarización, y el mejor sitio es el centro, donde la señal puede oscilar a gusto hacia ambos lados. Ahora toca ver cómo crece una pequeña oscilación en ese sitio.

Para usar un transistor, primero hay que asentar su punto de trabajo (punto Q) en la región activa con la polarización DC. La KVL del circuito de colector fija la recta de carga Vce = Vcc - Ic Rc, y la polarización fija Ib (y por tanto Ic = β Ib), eligiendo un punto de esa recta. Colocar el punto Q en el centro de la recta de carga (Vce ≈ Vcc/2) permite que la señal oscile al máximo sin chocar con el corte ni con la saturación. Una buena polarización también debe ser estable frente a cambios de β y de temperatura.

Lo que sigue

El transistor ya está asentado de forma estable en un punto de la región activa. La siguiente unidad separa solo las pequeñas oscilaciones alrededor de ese punto: dejando de lado por un momento la gran DC, trata el transistor cerca del punto de trabajo como un elemento lineal, el modelo de pequeña señal. Ahí empieza la cuenta de la amplificación: cómo una entrada pequeña crece hasta una salida grande.