Como polarizar un transistor
Transistor unijuncional
Los transistores bipolares deben estar bien polarizados para funcionar correctamente. En los circuitos fabricados con dispositivos individuales (circuitos discretos), se suelen emplear redes de polarización formadas por resistencias. En los circuitos integrados se utilizan disposiciones de polarización mucho más elaboradas, por ejemplo, referencias de tensión de banda y espejos de corriente. La configuración del divisor de tensión consigue las tensiones correctas mediante el uso de resistencias en determinados patrones. Seleccionando los valores adecuados de las resistencias, se pueden conseguir niveles de corriente estables que varían poco con la temperatura y con las propiedades del transistor, como la β.
El punto de funcionamiento de un dispositivo, también conocido como punto de polarización, punto de reposo o punto Q, es el punto de las características de salida que muestra la tensión de colector-emisor de CC (Vce) y la corriente de colector (Ic) sin señal de entrada aplicada.
El circuito de polarización estabiliza el punto de funcionamiento del transistor para las variaciones de las características del transistor y la temperatura de funcionamiento. La ganancia de un transistor puede variar significativamente entre diferentes lotes, lo que da lugar a puntos de funcionamiento muy diferentes para las unidades secuenciales en la producción en serie o después de la sustitución de un transistor. Debido al efecto Early, la ganancia de corriente se ve afectada por la tensión colector-emisor. Tanto la ganancia como la tensión base-emisor dependen de la temperatura. La corriente de fuga también aumenta con la temperatura. Se selecciona una red de polarización para reducir los efectos de la variabilidad del dispositivo, la temperatura y los cambios de tensión[1].
Cómo polarizar un transistor como interruptor
En este método, se conecta en base una resistencia RB de alta resistencia, como su nombre indica. La corriente de base de señal cero requerida es proporcionada por VCC que fluye a través de RB. La unión base-emisor está polarizada hacia delante, ya que la base es positiva con respecto al emisor.
El valor requerido de la corriente de base de señal cero y, por lo tanto, la corriente de colector (ya que IC = βIB) puede hacerse fluir seleccionando el valor adecuado de la resistencia de base RB. Por lo tanto, el valor de RB debe ser conocido. La figura siguiente muestra el aspecto de un circuito de polarización con resistencia de base.
Este circuito ayuda a mejorar la estabilidad considerablemente. Si el valor de IC aumenta, el voltaje a través de RL aumenta y por lo tanto el VCE también aumenta. Esto, a su vez, reduce la corriente de base IB. Esta acción compensa un poco el aumento original.
En este método, la resistencia de base RB tiene un extremo conectado a la base y el otro al colector, como su nombre indica. En este circuito, la corriente de base de señal cero está determinada por VCB pero no por VCC.
Qué es la polarización en los semiconductores
Recordemos que una unión PN polarizada hacia delante es comparable a un elemento de circuito de baja resistencia, ya que pasa una corriente elevada para una tensión determinada. A su vez, una unión PN con polarización inversa es comparable a un elemento de circuito de alta resistencia. Utilizando la fórmula de la ley de Ohm para la potencia (P = I2 R) y suponiendo que la corriente se mantiene constante, se puede concluir que la potencia desarrollada a través de una resistencia alta es mayor que la desarrollada a través de una resistencia baja. Por lo tanto, si un cristal contuviera dos uniones PN (una con polarización directa y otra con polarización inversa), se podría inyectar una señal de baja potencia en la unión con polarización directa y producir una señal de alta potencia en la unión con polarización inversa. De esta manera, se obtendría una ganancia de potencia a través del cristal. Este concepto es la teoría básica de la amplificación del transistor. Con esta información fresca en la mente, pasemos directamente al transistor NPN.
Al igual que en el caso del diodo de unión PN, el material N que comprende las dos secciones extremas del transistor NPN contiene un número de electrones libres, mientras que la sección central P contiene un número excesivo de huecos. La acción en cada unión entre estas secciones es la misma que la descrita anteriormente para el diodo; es decir, se desarrollan regiones de agotamiento y aparece la barrera de unión. Para utilizar el transistor como amplificador, cada una de estas uniones debe ser modificada por alguna tensión de polarización externa. Para que el transistor funcione en esta capacidad, la primera unión PN (unión emisor-base) se polariza en la dirección de avance, o de baja resistencia. Al mismo tiempo, la segunda unión PN (unión base-colector) se polariza en la dirección inversa, o de alta resistencia. Una forma sencilla de recordar cómo polarizar correctamente un transistor es observar los elementos NPN o PNP que lo componen. Las letras de estos elementos indican qué voltaje de polaridad debe utilizarse para una polarización correcta. Por ejemplo, observe el transistor NPN de abajo:
Transistor darlington
La polarización es el proceso de proporcionar una tensión continua que ayude al funcionamiento del circuito. Un transistor se basa en hacer que la unión de la base del emisor esté polarizada hacia delante y la unión de la base del colector esté polarizada hacia atrás, de modo que se mantenga en la región activa, para que funcione como un amplificador.
El flujo adecuado de la corriente de colector de señal cero y el mantenimiento de la tensión de colector-emisor adecuada durante el paso de la señal se conoce como polarización del transistor. El circuito que proporciona la polarización del transistor se denomina Circuito de polarización.
Si se suministran tensiones y corrientes continuas adecuadas a través del BJT mediante fuentes externas, de modo que el BJT funcione en la región activa y superponga las señales de CA que se van a amplificar, se puede evitar este problema. La tensión y las corrientes de CC se eligen de forma que el transistor permanezca en la región activa durante todo el ciclo de CA de entrada. Por lo tanto, la polarización de CC es necesaria.
El principal problema que afecta al punto de funcionamiento es la temperatura. Por lo tanto, el punto de funcionamiento debe ser independiente de la temperatura para lograr la estabilidad. Para conseguirlo, se introducen circuitos de polarización.
