Entendiendo el circuito de corriente constante

Zach, este circuito es bastante fácil de entender si entiendes el BJT primero. (Entenderás los diodos, si comprendes el BJT, entonces eso es un hecho). Todos luchan con estas cosas en algún momento, así que está bien que no aprehendas esto bien ahora. Da un paso a la vez.

Hay mucha información sobre diodos aquí (y en otros lugares). Usted está lleno de información sobre ellos. No intentaré replicar nada de eso. Es suficiente para este circuito que aceptes dos cosas acerca de los diodos:

1. Un diodo de polarización directa tiene un voltaje fijo a través de él. Para diodos de silicio normales, este valor es \ $ 700 \: \ text {mV} \ $. (Para los LED, que también son diodos, varía con el color y el tipo, y para eso hay que consultar la hoja de datos).
2. Todo lo que acabo de decir en el punto # 1 está realmente mal. Pero para estos fines, no tiene que preocuparse por ese hecho.

Ahora al BJT. También tiene un diodo desde la base hasta el emisor. Así que las reglas anteriores se aplican. Pero agregamos lo siguiente sobre el BJT:

3. Cuando el diodo de emisor de base del BJT tiene polarización directa, la corriente del colector es la misma que la corriente del emisor.
4. Lo que acabo de decir en el punto # 3 también está mal. Pero # 3 es lo suficientemente cerca para que estos propósitos no importen.

Entonces. Ahora podemos describir el circuito.

• El reenvío de resistencia \ $ 20 \: \ text {k} \ $ desvía los dos diodos al proporcionar una ruta para que la corriente se dirija a tierra.
• El voltaje total entre los dos diodos es, por lo tanto, \ $ 1.4 \: \ text {V} \ $, y el resto es restante para la resistencia. Por lo tanto, el voltaje base para el BJT es \ $ 10 \: \ text {V} -1.4 \: \ text {V} = 8.6 \: \ text {V} \ $.
• Por lo tanto, también la corriente de resistencia es \ $ \ frac {10 \: \ text {V} -1.4 \: \ text {V}} {20 \: \ text {k} \ Omega} \ approx 430 \: \ mu \ text {A} \ $.
• El emisor del BJT está sesgado hacia adelante y, por lo tanto, el emisor estará \ $ 700 \: \ text {mV} \ $ por encima de la base o \ $ 8.6 \: \ text {V} +700 \: \ text {mV} \ approx 9.3 \: \ text {V} \ $.
• Por lo tanto, el voltaje en la resistencia \ $ 500 \: \ Omega \ $ es \ $ 10 \: \ text {V} -9.3 \: \ text {V} = 700 \: \ text {mV} \ $ (un diodo drop - que si observa detenidamente debería ver por qué este será el caso en este circuito.) A partir de esto, podemos calcular que la corriente en esa resistencia es \ $ \ frac {700 \: \ text {mV}} { 500 \: \ Omega} \ approx 1.4 \: \ text {mA} \ $.
• Como en la regla # 3 anterior, la corriente del emisor y las corrientes del colector son las mismas, se deduce que la corriente del colector también es \ $ 1.4 \: \ text {mA} \ $.

La corriente del colector es siempre la misma que la corriente del emisor (dentro de una aproximación razonable). Por lo tanto, no importa qué resistencia coloque entre el colector y la tierra.

Excepto,

• La conclusión anterior no es correcta si la corriente del colector que acabamos de resolver provoca una caída de voltaje en la resistencia del colector que excede el voltaje base. Entonces, esto significa que la resistencia no puede ser mayor que \ $ R = \ frac {8.6 \: \ text {V}} {1.4 \: \ text {mA}} \ approx 6100 \: \ Omega \ $. Así que tiene límites.

El voltaje a través de Vbe controla la corriente del emisor. Dado que uno de los diodos base coincide con la caída Vbe, eso deja al otro diodo para controlar la caída de voltaje de la resistencia del emisor.

Luego, para grandes variaciones de la fuente de alimentación de 10V o la resistencia de carga del colector, la corriente del emisor ahora está regulada por Ie = Vf / Re para Vf = 0.7V. No es perfectamente constante ya que Vf / If no coincide perfectamente entre el diodo y el transistor Vbe

Hay un par de formas en que puedes mirar este circuito, pero prueba esto:

Supongamos que los diodos tienen una caída constante de 0,6 V a través de ellos, siempre que estén polarizados hacia delante. Por lo tanto, los dos diodos en serie tienen un total de 1.2V de caída.

Dado que la unión del emisor de base y la resistencia de 500 están en paralelo con estos dos diodos, el voltaje a través de ellos debe ser el mismo. Y dado que la unión del emisor de la base de un transistor también es un diodo, la tensión a través de la misma también debe ser de 0,6 V siempre que esté polarizada hacia delante, que está aquí. Por lo tanto, el voltaje a través de la resistencia de 500 debe ser de 0.6V.

Por la ley de ohm, entonces, la corriente a través de la resistencia de 500 Ω debe ser de 0.6 V / 500Ω = 1.2 mA.

Toda la corriente a través de esa resistencia debe ir en el emisor del transistor. Y una corriente igual debe salir en algún lugar, y hay dos opciones:

1. fuera de la base
2. fuera del coleccionista

Debido a que un transistor tiene ganancia, idealmente mucha ganancia, la corriente del colector siempre será mucho más alta que la corriente de base siempre que el transistor esté polarizado adecuadamente. Asumamos que, por ahora, está apropiadamente sesgado y consideremos las condiciones en las que eso no es cierto más adelante.

Si asumimos que el transistor tiene ganancia infinita, entonces toda la corriente que ingresa al emisor del transistor debe salir del colector, porque la corriente de base es cero. Dado que la única ruta para la salida de corriente del colector es a través de la carga amarilla, el voltaje a través de esa resistencia debe ser el valor requerido para que la corriente en la carga sea igual a la corriente a través de la resistencia de 500 Ω.

Habiendo comprendido el funcionamiento básico del circuito, considere:

La simulación muestra 1.33 mA a través de la resistencia de 500 Ω, que es ligeramente diferente de los 1.2 mA calculados anteriormente. ¿Por qué es esto diferente? ¿Cuál es el voltaje a través de los diodos en la simulación?

¿Qué sucede si la resistencia de carga es extremadamente grande, digamos 100 MΩ? ¿Cuánta tensión debería haber a través de él para obtener la corriente deseada? ¿Puede el circuito seguir funcionando en esas condiciones?

Los transistores reales no tienen ganancia infinita. ¿Cómo afecta eso al circuito?

¿Qué puede afectar la precisión de este circuito? ¿Temperatura? Variación del dispositivo? ¿Cómo y por qué?