¿Por qué está sesgado un transistor?

Simplemente estoy repitiendo una respuesta anterior aquí, ya que cubre esta pregunta. Por favor comente la respuesta para cualquier aclaración.

Podemos hacer un circuito eléctrico simple de la siguiente manera:

La fuente de voltaje proporciona energía al circuito, y la resistencia de carga consume esta energía para hacer algo útil, como generar luz.

Ahora, una resistencia es un componente de circuito muy básico, y su comportamiento es fácil de entender. Digamos que nuestra resistencia tiene un valor de 1 ohm. Las dos cantidades eléctricas importantes en cualquier componente del circuito son voltaje y corriente.

Entonces, volviendo a nuestra resistencia de 1 ohm, si aplicamos 1V a través de la resistencia, sabemos que obtendremos una corriente de 1A. Del mismo modo, si aplicamos 5V a la resistencia, sabemos que la corriente a través de ella será de 5A.

Entonces, la relación voltaje-corriente (VI) en una resistencia es muy fácil de entender y predecir. Llamamos a tales dispositivos con relaciones VI simples como dispositivos lineales, porque podemos expresar la relación VI usando una expresión lineal simple. En el caso de nuestra resistencia, esta relación simple es:

V = I x R

Luego, hay algunos componentes del circuito cuya operación no es tan simple.

Considere el transistor (BJT o FET). ¿Puedes pensar en una relación VI simple para el transistor, tal como lo tenemos para la resistencia?

No es tan fácil, ¿verdad? Esto se debe a que el transistor (BJT / FET) es un dispositivo no lineal. Lo que esto significa es que no existe una relación simple entre el voltaje aplicado al transistor y el flujo de corriente a través del transistor.

Cuando hablamos de BJT / FET, podemos configurarlos en un circuito para que se comporten como un interruptor o como un amplificador.

Cuando el transistor actúa como un interruptor, solo tiene dos estados, ON y OFF.

Cuando el transistor actúa como un amplificador, aumenta el voltaje o la corriente (o ambos) de la señal de entrada.

Así es como se ve la relación VI para un FET:

En el eje x tenemos Vds (voltaje de salida) y en el eje y tenemos Id (corriente de salida). Podemos ver que la relación entre voltaje y corriente no es una línea recta, sino una curva.

Cuando queremos usar nuestro FET como amplificador, queremos asegurarnos de que funcione en la región del gráfico que contiene los puntos ‘a’, ‘b’ y ‘c’.

Cuando el voltaje y la corriente en el transistor se encuentran en esta región, el transistor puede amplificarse. Si los valores de voltaje y corriente se encuentran fuera de esta región, perdemos la capacidad de amplificar.

Necesitaremos algunos circuitos externos alrededor del FET para que el FET permanezca en la región activa (la región en el medio del gráfico). Algo así como el circuito de abajo.

Aquí tenemos voltaje de entrada aplicado en Vi y voltaje de salida disponible en Vo. Utilizamos los componentes del circuito Rd, Rs, Rg para asegurarnos de que el voltaje a través del FET y la corriente a través del FET permanezca dentro de la región activa (a lo largo de la línea que contiene los puntos ‘a’, ‘b’ y ‘c’).

En resumen, la polarización es la adición de componentes de circuito alrededor de un FET para que el FET pueda amplificarse.

La polarización del transistor es el proceso de configurar el voltaje de operación de CC de los transistores o las condiciones de corriente al nivel correcto para que el transistor pueda amplificar correctamente cualquier señal de entrada de CA. El estado estable de operación de un transistor depende en gran medida de su corriente base, voltaje del colector y corriente del colector y, por lo tanto, si un transistor debe funcionar como un amplificador lineal, debe estar polarizado adecuadamente para tener un punto de operación adecuado.

Establecer el punto de operación correcto requiere la selección adecuada de resistencias de polarización y resistencias de carga para proporcionar la corriente de entrada adecuada y las condiciones de voltaje del colector. El punto de polarización correcto para un transistor bipolar, ya sea NPN o PNP, generalmente se encuentra en algún punto entre los dos extremos de operación con respecto a que esté “completamente ENCENDIDO” o “completamente APAGADO” a lo largo de su línea de carga. Este punto operativo central se llama el “Punto operativo inactivo”, o punto Q para abreviar.

Cuando un transistor bipolar está polarizado para que el punto Q esté cerca de la mitad de su rango operativo, es decir, aproximadamente a la mitad entre el corte y la saturación, se dice que funciona como un amplificador de clase A. Este modo de operación permite que la corriente de salida aumente y disminuya alrededor del punto Q de los amplificadores sin distorsión a medida que la señal de entrada oscila a través de un ciclo completo. En otras palabras, la corriente de salida fluye durante los 360o completos del ciclo de entrada.

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Digamos que necesita operar el transistor como un amplificador de voltaje en modo CE. ¿Cómo lograrías eso?
Para eso, debe asegurarse de que el transistor esté en la región activa, es decir, en algún lugar en el medio de la línea de carga para que la amplificación de voltaje no lo lleve a la saturación.
Para colocar el transistor en la región activa, deberá asegurarse de que su BE esté polarizado hacia adelante y CE esté polarizado en reversa. También debe asegurarse de tener los voltajes adecuados para Vbe y Vce de modo que coloque el transistor en algún lugar en el medio de su línea de carga . Es por eso que necesita polarizar adecuadamente un transistor para que pueda controlar la operación como un amplificador y su modo. La polarización asegura que, sin ninguna pequeña señal en la base, su transistor tenga un valor particular de Vbe y Vce para llevarlo al modo activo de operación.
Cuando se inicia el funcionamiento del dispositivo, los cambios de ganancia (beta) con respecto a la temperatura, la corriente del emisor, etc. Los cambios en beta finalmente darán como resultado cambios en su punto de ajuste. Como tales configuraciones de polarización diferentes se utilizan para mantener la ganancia limitada. Hay diferentes modos de polarización como Divisor de voltaje, retroalimentación del emisor, etc., cada uno de los cuales tiene su clara ventaja en términos de control de los parámetros del dispositivo.

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El transistor es difícil de operar solo con fuentes de CA: dado que la corriente alterna y el voltaje cambian periódicamente los signos (magnitudes y direcciones), el transistor, una vez que actúa como amplificador, la unión de entrada polarizada hacia adelante y la unión de salida polarizada inversa, actuará como un corte completamente / cambiar después de que expire el período de tiempo para el medio ciclo positivo.

Para evitar esta fluctuación (cambio de funcionamiento / operación), conectamos una batería de CC externa para configurar / mantener el transistor funcionando en un modo particular.

Este acto de configurar el transistor para que funcione en un solo modo particular, amplificador o interruptor, se llama polarización .

Suponga que desea que el transistor actúe como amplificador “permanentemente”, entonces tendrá que conectar una batería de CC con una clasificación de voltaje superior al voltaje de CA pico en magnitud y el voltaje de corte de la unión de entrada. De esta manera, sea cual sea el valor de su voltaje de CA (medio ciclo positivo o negativo), su unión de entrada siempre permanece polarizada hacia adelante.

En el lado de salida, conecta los terminales de la misma batería en polarización inversa . Lo que significa que ahora ha aplicado un voltaje negativo a la unión de salida y dado que la magnitud ( considerando el signo también ) de este voltaje es más negativa, es decir, por debajo del voltaje de corte de la unión y más que el voltaje de CA, actuará siempre en polarización inversa para la unión de salida.

De esta manera, ha activado / configurado permanentemente el transistor para que actúe como un amplificador.

La polarización de un transistor significa proporcionarle un suministro externo. Hay dos tipos de polarización

(1) polarización directa: cuando conectamos el terminal positivo del suministro al terminal positivo del transistor y el terminal negativo del suministro al terminal negativo del transistor, se denomina polarización directa.

(2) polarización inversa: cuando conectamos el terminal positivo del suministro al terminal negativo del transistor y el terminal negativo del suministro al terminal positivo del transistor, se denomina polarización inversa.

Las uniones PN básicamente son dispositivos operados por corriente, lo que significa que una corriente debe pasar a través de ellos para ser útil. El sesgo proporciona eso. No solo eso, desea que la entrada completa sea amplificada por el transistor. Si no proporciona el sesgo de entrada, parte de la señal de entrada se pierde al superar el VBE de la unión BE, lo que produce distorsión en el o / p. Por lo tanto, aumente el voltaje de CC de base proporcionando la polarización. En el lado o / p, Rc se usa para actuar como carga predeterminada, también fijando el punto Q. El emisor puede estar sesgado por RE para mejorar la estabilidad.

Un transistor es, digamos, un instrumento débil. No puede funcionar bien si no lo “ajusta”. Para sintonizar el transistor, debe polarizarlo. En polarización, esencialmente establecemos los niveles de corriente y voltaje de CC de un transistor.

(i): para establecer el punto Q en el medio de la línea de carga de modo que el amplificador pueda usarse en su región activa para la amplificación

(ii): para amplificar la señal de entrada de CA, la polaridad variable será ambigua (por ejemplo, si amplifico la señal de sonido, irá primero al pico positivo y luego al pico negativo como resultado de lo cual observaré las fluctuaciones). puntos de referencia que necesitamos para polarizar el transistor

La polarización de los medios del transistor es conectar el voltaje externo a través del transistor