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Circuitos de polarización

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Circuitos de polarización
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Circuitos de polarización: Polarización es el proceso por el cual en un conjunto originariamente indiferenciado se establecen características o rasgos distintivos que determinan la aparición en él de dos o más zonas mutuamente excluyentes llamadas polos.

Criterios básicos

El término científico de polarización puede hacer referencia a:

  • Polarización electroquímica: modificación de las características de una celda electroquímica por el uso de la misma. Polarización eléctrica
  • Polarización social
  • Polarización política
  • Polarización electromagnética o de luz.
  • Polarización (Psicología) Polarización química: facilidad con que se puede distorsionar la densidad electrónica de un átomo o una molécula.
Las tensiones y corrientes continuas actúan a modo de soporte de la señal alterna. Un análisis simplificado de la salida del amplificador con carga resistiva.
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Para un aprovechamiento razonable del transistor, es conveniente que la tensión de alimentación Vcc se distribuya por partes iguales entre la carga (R) y el transistor (colector/ emisor). De esta manera, las variaciones de corriente ic (alter-na) producirán fluctuaciones de tensión sobre el resistor en forma simétrica alrededor de 1/2 Vcc. Esto no es muy importante cuando las señales amplificadas son reducidas, pero puede serlo cuando se opera con señales de alto nivel. La corriente continua de colector del transistor, en consecuencia, deberá valer aproximadamente: Ic = (1/2 * Vcc) / R Polarizar la base del transistor significará aplicar en el circuito base-emisor una corriente continúa IB capaz de hacer circular por colector la corriente IC especificada en el párrafo anterior. Cuando la carga no es un resistor sino, por ejemplo, un circuito resonante (inductor y capacitor en paralelo), la resistencia de la bobina es prácticamente nula. En estas condiciones no se emplea el mismo criterio, dado que la caída de tensión sobre el inductor será prácticamente nula (toda la tensión Vcc queda aplicada al colector) Para este tipo de circuito (amplificador de radiofrecuencia), se busca en general que la corriente le corresponda a un alto valor de trans-conductancia del transistor (alta ganancia). En definitiva, tanto en el caso de carga resistiva como en este último, la polarización de base busca fijar una determinada corriente de colector.

Polarización fija

Muestra de la solución más elemental al problema, por ejemplo: se requiere que la corriente de colector sea c = 10 mA; la tensión Vcc vale 10 V y la ganancia de corriente del transistor es hFE = 100. La corriente de base necesaria será 10 mA/ 100, o sea 0,1 mA. Si se desprecia la resistencia base-emisor (diodo en sentido de conducción), la corriente del circuito de entrada queda determinada por el resistor Rb y la tensión de la fuente Vcc.

El valor del resistor será: RB = (10V / 0,1mA) = 100.000 ohms. La señal alterna se introduce a la base por medio de un capacitor C: el capacitor es un circuito abierto para continua (no afecta la polarización), es a su vez un camino franco para alterna.
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Auto polarización

En el circuito de polarización fija, la corriente de base depende casi totalmente de RB, o sea que tendrá un valor constante sea cual sea el transistor conectado al circuito. Este es un inconveniente a causa de la disparidad de ganancia entre transistores aun del mismo tipo: las diferencias pueden alcanzar variaciones mayores que el 100 %. Al coonectar un transistor de ganancia hFE = 300, la corriente de colector del caso anterior alcanza un valer 30 mA y se aleja mucho de lo esperado. Para reducir este efecto, se recurre al circuito de la Figura. (auto-polarización). En lugar de alimentar la base desde Vcc, el resistor RB se conecta al colector (que teóricamente debería encontrarse a un potencial 1/2 * Vcc, o sea que RB también debe valer la mitad).
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Al conectar un transistor de mayor ganancia, la corriente de colector tiende a aumentar. Este aumento hace que la caída de tensión sobre R sea mayor o, es decir, la tensión de colector disminuye.

Al bajar la tensión de alimentación de RB (tensión de colector), disminuye lógicamente la corriente IB y tiende a hacer disminuir la corriente de colector IC, se compensa así el incremento originado por el transistor. Si bien esta auto-compensación no es perfecta, permite que la corriente Ic se mantenga dentro de límites razonables, aún cuando se emplean transistores de ganancias dispares.

Polarización con resistor en emisor

El método de auto-polarización puede emplearse cuando la carga de colector es resistiva. Esto no es válido, por ejemplo, en los amplificadores de radiofrecuencia, cuya carga es un circuito resonante. Polarización por resistor en emisor.

Dado que la resistencia de la bobina es muy pequeña, la tensión de colector será prácticamente igual a la de la fuente (Vcc); esto hace que el efecto compensador no exista (la tensión de colector permanece invariable prácticamente para cualquier valor de corriente IC). Un circuito que permite prescindir del tipo de carga de colector y de la ganancia de los transistores que se utilicen es el de la El divisor resistivo R1, R2 fijan un determinado potencial entre base y masa.

El valor de los resistores se adopta de manera que la corriente I1, sea mucho mayor que IB. Así, la caída de tensión producida por la corriente de base es despreciable con respecto de la caída de tensión causada por I1: la tensión basemasa dependerá así de R1 - R2 y muy poco del transistor. La tensión Ve es aproximadamente igual a Vb, salvo la pequeña caída de tensión sobre el diodo base-emisor (diodo polarizado en sentido de conducción) Es evidente que esta tensión será producida por la corriente de emisor (que es muy similar a Ic) al circular por el resistor Re. La estabilización de la corriente de colector se obtiene de la forma siguiente: Aumento de corriente IC: Al aumentar la corriente, sube la tensión Vb (mayor caída de tensión sobre Re) Si Ve es ligeramente mayor que Vb, el diodo base emisor queda polarizado en sentido inverso y la corriente de base se anula.Esto sería un contrasentido ya que al no circular Ib tampoco circulará Ic, lo que se opone a la hipótesis previa de que Ic había aumentado. Se establece así que Ic debe tener un valor tal que Ve sea, por lo menos, ligeramente inferior a Vb. Disminución de corriente Ic: al disminuir la corriente, disminuye también Ve. De esta manera, sobre el diodo base-emisor queda aplicada una diferencia de potencial importante (Vb es bastante mayor que Ve). Por tratarse de un diodo polarizado en su sentido de conducción, la corriente Ib aumentaría apreciablemente, ocurre a su vez un gran aumento de Ic. Se presenta nuevamente una contradicción, ya que esto se opone a la hipótesis original de la disminución de Ic. En otras palabras: la corriente Ic debe tomar un valor tal que la tensión Ve no sea muy inferior a Vb. Para resumir, se puede afirmar que la tensión Ve no debe apartarse mucho del valor prefijado entre base y masa (Vb), lo que implica que la corriente Ic tendrá un valor determinado: el transistor acomoda su comportamiento para que esto suceda, al prescindir de su ganancia o del circuito de colector (todo depende de la entrada y del resistor Re).

Fuente