Entendiendo el circuito de corriente constante

Zach, este circuito es bastante fácil de entender si primero entiendes el BJT. (Comprenderá los diodos, si comprende el BJT, así que eso es un hecho). Todos luchan con estas cosas en algún momento, por lo que está bien que no comprendan esto bien en este momento. Dé un paso a la vez.

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

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

Ahora al BJT. También tiene un diodo de base a emisor. Por lo tanto, se aplican las reglas anteriores. Pero agregamos lo siguiente sobre el BJT:

3. Cuando el diodo base-emisor 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 el #3 está lo suficientemente cerca para que estos propósitos no importen.

Entonces. Ahora podemos describir el circuito.

• El$20\:\text{k}$La resistencia polariza hacia adelante los dos diodos proporcionando un camino para que la corriente vaya a tierra.
• Por lo tanto, el voltaje total a través de los dos diodos es$1.4\:\text{V}$, con el resto sobrante 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 la resistencia es$\frac{10\:\text{V}-1.4\:\text{V}}{20\:\text{k}\Omega}\approx 430\:\mu\text{A}$.
• El emisor del BJT tiene polarización directa y, por lo tanto, el emisor estará$700\:\text{mV}$encima de la base o$8.6\:\text{V}+700\:\text{mV}\approx 9.3\:\text{V}$.
• Entonces el voltaje a través del$500\:\Omega$la resistencia es$10\:\text{V}-9.3\:\text{V}=700\:\text{mV}$(una caída de diodo, 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$\frac{700\:\text{mV}}{500\:\Omega}\approx 1.4\:\text{mA}$.
• Dado que por la regla #3 anterior, las corrientes del emisor y 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 tierra.

Excepto,

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

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

Entonces, para grandes variaciones del suministro de 10 V o de la resistencia de carga del colector, la corriente del emisor ahora está regulada por Ie = Vf/Re para Vf = 0,7 V. No es perfectamente constante ya que Vf/If no coincide perfectamente entre el diodo y el transistor Vbe.

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

Suponga que los diodos tienen una caída constante de 0,6 V entre ellos, siempre que estén polarizados hacia adelante. Entonces, los dos diodos en serie tienen una caída total de 1.2V.

Dado que la unión base-emisor y la resistencia de 500 Ω están en paralelo con estos dos diodos, el voltaje entre ellos debe ser el mismo. Y dado que la unión base-emisor de un transistor también es un diodo, el voltaje a través de eso también debe ser de 0,6 V siempre que esté polarizado hacia adelante, que es aquí. Por lo tanto, el voltaje en la resistencia de 500 Ω debe ser de 0,6 V.

Entonces, según la ley de ohm, la corriente a través de la resistencia de 500 Ω debe ser de 0,6 V / 500 Ω = 1,2 mA.

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

1. fuera de la base
2. fuera el coleccionista

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

Si asumimos que el transistor tiene una 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 el único camino para la corriente que sale 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 la operación básica 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? ¿Cuánto voltaje necesitaría haber a través de él para obtener la corriente deseada, y el circuito aún puede funcionar 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? ¿Como y por qué?