Polarización mediante divisor de tensión. Diseñar para un punto “Q” óptimo.

Hola a todos. En este artículo que es continuación del previo, explicaré como polarizar correctamente un transistor mediante un divisor de tensión para que el punto Q quede centrado y así podamos sacarle la máxima excursión a un transistor sin que distorsione la señal al poco de aumentar la tensión en la entrada.

Veamos el siguiente esquema:

Figura 1. Polarización por divisor de tensión.

Vemos que le hemos añadido un divisor de tensión al circuito que teníamos en el anterior artículo. Este divisor está formado por las resistencias R1 y R2.

Podemos de este circuito extraer las fórmulas siguientes:

VB = \frac{ Vcc \times R2  }{R1 + R2}

VE = VB - 0.7

IE = \frac{VE}{RE}

Para obtener un punto Q óptimo, recurriremos a unas reglas de diseño que podrían ser otras, pero que funcionan y no es fácil olvidarlas.

Consideraremos que en la RE cae el diez por ciento de la Vcc. En el colector el cuarenta por ciento, mientras que en VCE cae el cincuenta por ciento (así queda el punto Q centrado en la recta de carga).

En el divisor de tensión, consideraremos que circula diez veces mas corriente que la corriente de base, para que sea estable. Veremos esto después.

En resumen: Sabiendo unicamente la Vcc y la corriente de colector requerida, podremos calcular todas las resistencias de polarización del circuito.

Volvamos al circuito de antes. Haremos un ejemplo, en el que consideraremos que Vcc es 20 voltios y la corriente de colector es de diez mili-amperios. La beta del transistor será de 100 mínimo.

La tensión en RE es 0.1 Vcc, con lo que VE = 2 voltios. La tensión de colector es 0.4 Vcc, con lo que VC = 8 voltios.

La resistencia de emisor será la siguiente:

RE = \frac{VE}{IE} = \frac{2}{10mA} = 200 \, ohmios

La resistencia de colector será la siguiente:

RC = \frac{Vcc-VC}{IE} = \frac{20-8}{10mA} = 1200 \, ohmios

Ahora vayamos a calcular las resistencias del divisor de tensión. Recordamos que la beta del transistor es de 100. La corriente de base sería de (10mA / 100). Esto sería 100 micro-amperios. Lo multiplicamos por diez veces mas para que el divisor de tensión sea estable (regla de diseño) dando 1000 micro-amperios o lo que es lo mismo, 1 mili-amperio de corriente que debería pasar por el divisor de tensión.

Sigamos. Calcularemos R2.

R2 = \frac{VE+0.7}{1mA} = \frac{2.7}{1mA} = 2700 \, ohmios

La tensión de R1 será la siguiente:

V1= Vcc - VB = 20 - 2.7 = 17.3 \, voltios

Con dicha tensión, finalmente calcularemos R1.

R1 = \frac{17.3}{IE} = \frac{17.3}{1mA} = 17300 \, ohmios

Ya está todo hecho. Vamos ahora a simularlo con LTspice.

Veamos el circuito.

Figura 2. Un amplificador en emisor común polarizado con un divisor de tensión.

Si nos fijamos en las trazas y las tensiones obtenidas de las sondas, todo cuadra a la perfección:

Figura 2. Haz click para ampliar

Si probáis con otro transistor es posible que los resultados no coincidan, debido a que el transistor tenga una beta diferente.

Como podréis apreciar, el amplificador gana unos 30 decibelios sin que aparezca distorsión alguna. Os recuerdo la formula para calcular los decibelios a partir de las tensiones de entrada y salida.

A \, dB = 20 \, log \frac{V salida}{V entrada}

Por último decir que he subido un programa en Python al Archivo del blog, que sirve para el diseño de amplificadores de este tipo con las reglas de diseño mencionadas en el artículo.

Nada mas, espero que os haya gustado el artículo.

REFERENCIAS:

Principios de Electrónica, Malvino Séptima edición.

Autor: Jose M. Dominguez

Ingeniero Técnico Electrónico y administrador del blog. Aficionado a todo lo que esté relacionado con la tecnología, la informática y tecnología. @300baudios

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