BJT: ¿Qué es exactamente una línea de carga de CA?

Las líneas de carga muestran el comportamiento de los componentes lineales en el circuito. La línea de carga de CC proporciona la relación I-V en el circuito equivalente de CC. La inversa de la pendiente de la línea DC da la resistencia de carga DC, \ $ R_E + R_C \ $.

Las líneas de carga de CA dan la relación I-V cuando se considera el modelo equivalente de CA. Pero la carga de CA vista por el amplificador, \ $ r_c = R_C || R_L \ $, es diferente de la carga de CC y, por lo tanto, la pendiente de la línea de carga de CA es diferente. Pero estas dos líneas se intersecan en el punto donde la parte de la señal de CA se convierte en \ $ 0 \ $. es decir, en el punto Q.

• La línea de carga de CC solo se aplica cuando se considera un circuito equivalente de CC.

• Después de calcular el punto Q (\ $ I_ {CQ}, V_ {CEQ} \ $) de la línea de carga de CC, se pueden calcular \ $ I_ {max} \ $ y \ $ V_ {max} \ $ como, $$ I_ {max} = I_ {CQ} + \ frac {V_ {CEQ}} {r_c} $$ $$ V_ {max} = V_ {CEQ} + I_ {CQ} r_c $$

• Poner el punto Q en el medio significa: \ $ I_ {max} = 2I_ {CQ} \ $ y \ $ V_ {max} = 2V_ {CEQ} \ $. Al comparar estas ecuaciones con las ecuaciones de \ $ I_ {max} \ $ y \ $ V_ {max} \ $, está claro que el valor de \ $ r_c \ $ debe ser \ $ V_ {CEQ} / I_ {CQ} \ PS Así que después de dibujar DC LL, seleccione el punto Q para que $$ \ frac {V_ {CEQ}} {I_ {CQ}} = r_c $$ Esto solucionará el punto Q en el centro de AC LL.

(Esta es una respuesta bastante larga para profundizar un poco más en la conexión entre la línea de carga de CA y la corriente máxima del colector y el voltaje del colector-emisor).

  

¿Qué es exactamente una línea de carga de CA?

En palabras, y para este circuito, es la gráfica de la corriente del colector en comparación con la tensión del colector-emisor con la derivación del emisor y los condensadores de acoplamiento del colector reemplazados con baterías con cada tensión de la batería igual a la tensión de condensador quiescente respectiva.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Llegaremos a por qué más tarde. Primero, verifiquemos que esto proporcionará la línea de carga de CA.

Cuando la corriente del colector es cero, el voltaje del colector es, por división de voltaje

$$ V_ {C, max} = (V_ {CC} - V_ {CQ}) \ frac {R_L} {R_C + R_L} + V_ {CQ} = I_ {CQ} R_C || R_L + V_ { CQ} $$

Por lo tanto,

$$ V_ {CE, max} = V_ {C, max} - V_ {EQ} = I_ {CQ} R_C || R_L + V_ {CEQ} $$

Suponiendo, por simplicidad, que el voltaje de saturación es cero, \ $ V_ {CE, sat} = 0V \ $, la corriente máxima del colector es

$$ I_ {C, max} = \ frac {V_ {CC} - V_ {EQ}} {R_C} + \ frac {V_ {CQ} - V_ {EQ}} {R_L} = I_ {CQ} + \ frac {V_ {CEQ}} {R_C || R_L} $$

Por lo tanto, tenemos dos puntos ubicados en el gráfico de \ $ i_C \ $ versus \ $ v_ {CE} \ $

$$ i_C = 0, v_ {CE} = I_ {CQ} R_C || R_L + V_ {CEQ} $$

$$ i_C = I_ {CQ} + \ frac {V_ {CEQ}} {R_C || R_L}, v_ {CE} = 0 $$

La ecuación para la línea a través de estos dos puntos es una línea de carga y está dada por

$$ i_C = I_ {CQ} + \ frac {V_ {CEQ}} {R_C || R_L} - \ frac {v_ {CE}} {R_C || R_L} $$

Ahora, esta línea de carga tiene dos características notables:

(1) para \ $ v_ {CE} = V_ {CEQ} \ $, la corriente del colector es \ $ i_C = I_ {CQ} \ $ por lo que esta línea de carga es a través del punto inactivo.

(2) el cambio en el voltaje del emisor-colector es \ $ \ Delta v_ {CE} = - \ Delta i_C R_C || R_L \ $

¡Pero esto es solo la línea de carga de CA!

Volviendo a la pregunta de por qué reemplazar los capacitores con baterías. Recuerde que, para el análisis de CA, los derivadores y los condensadores de acoplamiento se consideran cortocircuitos de CA , es decir, los voltajes de CA a través de los condensadores son cero.

Por lo tanto, desde una perspectiva de voltaje total (DC + AC), los voltajes totales a través de los capacitores son constantes e iguales a sus voltajes inactivos.

En otras palabras, si asumimos que los condensadores son cortocircuitos de CA para el análisis de la señal, podemos reemplazar los condensadores con fuentes de voltaje constante, es decir, baterías para este análisis de DC + AC.