En las siguientes figuras, vemos dos métodos de polarización de un transistor bipolar: el primero usa un divisor de voltaje, y el segundo emplea un regulador de diodo Zener.
Dado que el regulador de voltaje aparece con mucha más frecuencia, me pregunto si existe algún escenario o razón que me obligue a usar un regulador de diodo Zener en su lugar.
Según los esquemas que publique, la mayoría de las respuestas aquí tienen una buena cantidad en relación con la resistencia frente a Zener.
Sin embargo, para ofrecer una vista justa y equilibrada de sus dibujos específicos, agregaré un poco de información adicional para el hundimiento actual.
Lo que sucede en sus circuitos es que el transistor está configurado como un seguidor de emisor. Significa que querrá mantener el voltaje en su emisor a 0.7V por debajo del voltaje base si es posible. Lanzará sus curvas de saturación / amplificación al trabajo que funcione.
Si pones un voltaje fijo a través de una resistencia fija, esta resistencia querrá que fluya una corriente. Entonces, siempre que su carga y transistor puedan soportar la corriente "requerida", la tensión de base del transistor determinará la corriente a través de la carga.
Dado un rango establecido de voltaje de suministro, la corriente en la base será bastante predecible, por lo que puede configurarlo con un divisor de resistencia y un diodo Zener con las matemáticas adecuadas.
Bueno, si utiliza dos resistencias, la tensión de base estará relacionada con la tensión de entrada. Si las resistencias tienen el mismo valor (lo suficientemente bajo como para ignorar la corriente de la base), el voltaje de la base será de 5 V a 10 V, pero de 6 V a 12 V. Eso suena como un problema, pero en muchos casos, al elegir el balance correcto entre el divisor de resistencia puede dar el efecto deseado de limitar la corriente en la carga en el encendido de un circuito de baja potencia. También puede dar una respuesta a los voltajes entrantes que usted desee, si tiene un voltaje de control de 6V a 60V, por ejemplo, puede convertir eso en una curva de corriente usando solo un par de resistencias, un transistor y una resistencia en la ruta del emisor. .
Por supuesto, tener 50 valores de resistencias alrededor es algo muy común, lo que se suma a la facilidad de uso del circuito solo de resistencia, mientras que, por lo general, tiene que tener el diodo zener correcto.
Si, en cambio, tiene una fuente de alimentación tambaleante, pero necesita una corriente estable, probablemente debería usar un diodo Zener.
El diodo zener cambia el voltaje en diferentes corrientes, pero si selecciona un diodo zener que se especifica que sea 5.1V a 5mA, puede suponer en sus cálculos que entre 3mA y 6mA será relativamente estable. También puede calcular la desviación de voltaje utilizando la resistencia diferencial mencionada en la hoja de datos, pero creo que es una respuesta diferente en un momento diferente.
Entonces, si desea que el voltaje base se mantenga en 5.1V, seleccione 5.1V a 5mAzener, si la fuente es de 12V, seleccione una resistencia para que 5mA la atraviese:
R = V / I = (12V - 5.1V) / 0.005A = 1.38kOhm.
Diga que podría obtener este valor exactamente (puede redondear a 1.2 o 1.5k debido a la estabilidad relativa del zener cerca del punto de ajuste elegido), el voltaje puede ir desde:
V = 5.1V + (R * Imin) = 5.1V + (1380 * 0.004) = 5.1V + 5.52V = 10.62V
a
V = 5.1V + (R * Imax) = 5.1V + (1380 * 0.006) = 13.38V
Antes de comenzar a pensar en lo que hace el Zener a niveles de corriente más bajos o más altos, aumenta la estabilidad con respecto a la tensión de alimentación, lo que hace que la corriente a través de la carga sea mucho más estable. p>
Una alternativa (que es aún más estable) sería simplemente dos diodos estándar, como 1N4148, en serie para crear un voltaje fijo de 1.2V a 1.4V (dependiendo del rango de corriente que esté viendo). Usarlos en la dirección de avance podría darle una buena estabilidad de 0.1mA a 5mA o de 1mA a 10mA, etc. Sin embargo, para muchos diseñadores principiantes es un poco del arte negro llegar al punto de ajuste correcto. Especialmente porque las hojas de datos de los diodos no siempre mencionan todos esos datos, como el voltaje directo frente a la corriente baja.
Una polarización de diodo Zener significa que la tensión de polarización es casi independiente de la tensión de alimentación. Esto podría ser útil en cualquier circuito con una fuente de alimentación no regulada. Por el contrario, un divisor de resistencia produce una tensión de polarización proporcional a la tensión de alimentación.
La impedancia dinámica de un diodo zener es pequeña (el voltaje a través del diodo no varía mucho, incluso con grandes cambios en la corriente a través de él). Esto hace que el divisor de tensión Zener sea muy "rígido", lo que significa que la impedancia de entrada del amplificador es baja. Esto generalmente es indeseable, lo que puede ser una de las razones por las que el sesgo del diodo zener es inusual. (Otra razón puede ser que los zeners suelen ser más caros que los resistores).
Para polarizar una etapa de amplificador basada en BJT es común usar un divisor de voltaje resistivo. Por lo general, este divisor se elige de baja resistencia para proporcionar una tensión de polarización "rígida". La razón es que la tensión de base producida debe ser lo más independiente posible de la corriente de base del BJT que tiene tolerancias muy grandes. Por otro lado, estas resistencias reducen la resistencia de entrada resultante de la etapa (un efecto no deseado). Por esta razón, es necesario un compromiso, que resulta, por ejemplo, en una corriente a través de este divisor que se elige para ser aproximadamente diez veces más grande que la corriente de base.
Como alternativa, la "rigidez" deseada de la tensión de base puede realizarse con un diodo Z que sea capaz de producir una tensión continua muy constante, casi independiente de la corriente a través de la resistencia superior (entre la tensión de base y la tensión de alimentación). ). Depende de la aplicación específica si la resistencia de entrada dinámica resultante es aceptable o no. De lo contrario, podría aplicarse el método de arranque.
Es prácticamente más fácil encontrar un par de resistencias de valores determinados que un diodo Zener de la tensión inversa que pueda necesitar.
Además, tiene que contar con una disipación de potencia ligeramente mayor en el diodo, porque la corriente es mayor que cuando usa un divisor de voltaje resistivo.
Para aplicaciones de CA (acopladas capacitivamente) no puede usar un Zener, ya que la tensión casi se fijará en la base.
Desea utilizar un zener para tener una referencia de voltaje rígido para la operación de CC.
Obviamente, en esta aplicación en particular, el transistor se usa para formar una fuente de corriente constante. Es decir. su propósito es proporcionar una corriente estable a través de la carga, incluso si la fuente de alimentación principal (20V o 12V) no es estable. Esto se logra mediante retroalimentación negativa por el voltaje a través del resistor del emisor dado que el voltaje de base es constante.
Por lo tanto, una tensión de polarización derivada directamente de la tensión de alimentación principal (divisor de tensión) no funciona. Se requiere una referencia de voltaje (diodo Z) independiente de la fuente de voltaje principal.
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