CONSTRUCCIÓN DE LA RECTA DE CARGA DE UN TRANSISTOR

Introducción

Para el funcionamiento del transistor en su forma típica, en montaje de emisor común, precisa un circuito que resuelva los siguientes puntos:

A) Una resistencia en el colector que actúe como carga y defina los puntos de trabajo del transistor.

B) Una tensión adecuada y alta para polarizar inversamente colector y emisor.

C) Una pequeña tensión que polarice directamente la base y que se añada a la señal variable de entrada.

D) Un circuito que estabilice el funcionamiento del transistor ante las lógicas variaciones de temperatura ambientales o debidas a la disipación de calor por el semiconductor.

Como la resistencia de carga define los puntos de trabajo del transistor y, por tanto, el valor de la amplificación, se analiza en primer lugar, tomando como base el circuito de la figura siguiente.

Circuito amplificador con transistor emisor común

Como ya se explicó en la publicación sobre el transistor como amplificador , la amplificación se logra aplicando una pequeña señal, V_e, al circuito de la figura anterior, que produce unas variaciones de I_C, la cual, al pasar por R_C provoca una caída de tensión tanto mayor cuanto mayor sea dicha resistencia. La tensión de salida V_EC es igual a la fija de alimentación V_i menos la caída en R_C. De este planteamiento inicial ya se puede deducir que la amplificación es directamente proporcional al valor de la resistencia de carga.

Construcción de la recta de carga

Colocada una determinada resistencia de carga a un transistor, si se trasladan todos los posibles puntos de trabajo del mismo a un gráfico cuyas coordenadas sean I_C / V_EC, definen una recta, que recibe el nombre de recta de carga y que es diferente para cada valor de R_C. Para comprender mejor el significado y la construcción de la recta de carga se muestra el siguiente circuito práctico.

Circuito práctico para la construcción de la recta de carga

Según se ha dicho ya, todos los puntos de trabajo del circuito de salida definidos por los valores I_C y V_CE están en una recta; por tanto, averiguando dos de ellos quedará definida la recta.

Un punto de trabajo puede ser el que suponga que el transistor no conduce y por tanto I_C = 0, con lo que para hallar V_CE se aplica la fórmula expresada en la figura anterior.

Ya se puede dibujar un punto de la recta de carga: el definido por I_C = 0 y V_CE= 9 V, que se designa por A y se ha dibujado en la siguiente imagen.

Construcción recta de carga_1

Para conocer otro punto de trabajo del transistor se puede suponer otro valor cualquiera de I_C y hallar el correspondiente de V_CE.

Así, si se supone que I_C = 5 mA, V_CE =9 - 1.000 x 0,005 = 4 V.

Con este segundo punto, que se le llama 1, queda definida la recta de carga y se puede trazar tal como se ha hecho en la figura siguiente.

Construcción recta de carga_2

En la figura anterior, además de los puntos A y 1, que por sí solos resuelven la recta de carga, se ha marcado en ella otro, el B. que junto con el A suelen ser los que se encuentran para dibujar la recta de carga. Este punto B queda definido por ser la tensión de salida V_CE = 0, indicando que toda la tensión de alimentación, 9 V, la absorbe la resistencia de carga; luego para averiguar la I_C de este punto basta aplicar la ley de Ohm a la resistencia de carga, como se ha hecho en esta figura.

Circuito determinación punto B recta de carga del transistor

A continuación, con otro ejemplo de construcción de recta de carga, quedará más claro el procedimiento a seguir. Se trata de construir la recta de carga del circuito de la figura que vimos al inicio de la publicación del circuito práctico para la construcción de la recta de carga, pero en el que la resistencia de carga tienen doble valor, o sea, 2 KΩ, como se indica en la siguiente figura.

Circuito para la construcción de la recta de carga doblando el valor de Rc

Para definir la recta de carga se comienza hallando los puntos A y B:

Punto A: I_C = 0; V_CE = 9 - 2.000 x 0 = 9 V.

Punto B: V_CE= 0. Los 9 V quedan en la resistencia de 2 KΩ;

I_C = 9 / 2.000 = 4.5 mA

Se obtiene la recta de carga uniendo en el gráfico I_C / V_CE los puntos A y B, según podemos ver en la siguiente figura.

Recta de carga de un transistor con Rc de 2000 ohmios

De las dos rectas de carga hasta ahora construidas, y que se han representado juntas en la siguiente imagen, se sacan consecuencias de mucho interés.

Rectas de carga de un transistor con Rc de 1K y 2 K  ohmios

Conclusiones en la construcción de la recta de carga de un transistor

1.) Todas las rectas de carga para cualquier valor de Re salen del mismo punto A, formando un abanico de rectas, Siempre que se mantenga constante la tensión de alimentación, Vi.

2.) La inclinación de las rectas de carga es tanto mayor cuanto menor es el valor de Rc; así, ß > α .

3.) La amplificación de tensión crece al aumentar Rc, porque, al tener menor inclinación, con una variación fija de Ic se obtiene más variación de V_CE. Concretamente, con Rc = 2 KΩ se amplifica la tensión el doble que con Rc = 1 KΩ,

4.) La máxima Ic que puede circular por el transistor (punto B) es tanto mayor cuanto menor es Rc. Así, de la figura anterior se deduce que con Rc = 1 KΩ la máxima, Ic = 9 mA, y con Rc = 2 KΩ es la mitad: La amplificación de corriente es inversamente proporcional al valor de la resistencia de carga.

5.) La potencia que disipa el transistor, V_CE x Ic, es tanto mayor cuanto menor es Rc.

6.) Aunque se han dibujado rectas, en realidad los puntos de trabajo cercanos a A y B, que representan el bloqueo o la saturación del transistor, no siguen la linealidad, por lo que no conviene hacer trabajar al transistor en las proximidades de A y B. El tramo más rectilíneo es el central. De ahí que sea recomendable que el transistor trabaje alrededor del punto central de la recta de carga. Este es el motivo por el que se precisa una pequeña tensión que polarice constantemente la base del transistor, para que sin señal de trabajo esté funcionando en el punto central, llamado «de reposo» y se desplace a su alrededor cuando se le aplica una señal de entrada para amplificar (ver la siguiente gráfica).

Punto de reposo de la recta de carga del transistor

La determinación del punto de reposo se hace definiendo las características del punto central de la recta de carga, y conociéndolo se averigua la tensión fija que debe polarizar la base y que en el ejemplo de la gráfica anterior es V_BE = 0,2 V para un transistor de germanio.

Escrito por Archie Tecnology

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