¿Hay alguna ventaja en polarizar un transistor con un diodo zener en lugar de un divisor de voltaje (basado en resistencia)?

Según los esquemas que publica, la mayoría de las respuestas aquí tienen una buena cantidad de resistencia versus zener.

Sin embargo, para ofrecer una visión justa y equilibrada de sus dibujos específicos, agregaré un poco de información adicional sobre el hundimiento actual.

Lo que sucede en sus circuitos es que el transistor se configura como un seguidor de emisor. Significa que querrá mantener el voltaje en su emisor a 0,7 V por debajo del voltaje base si es posible. Lanzará sus curvas de saturación/amplificación para que funcione.

Si coloca 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", el voltaje 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.

¿Por qué elegirías uno sobre otro?

Bueno, si usa dos resistencias, el voltaje base estará relacionado con el voltaje de entrada. Si las resistencias tienen el mismo valor (lo suficientemente bajo como para ignorar la corriente base), el voltaje base será de 5 V con un suministro de 10 V, pero de 6 V con un suministro de 12 V. Eso suena como un problema, pero en muchos casos, al elegir el equilibrio correcto entre el divisor de resistencias, puede dar el efecto deseado de limitar la corriente en la carga al encender un circuito de baja potencia. También puede dar una respuesta a los voltajes entrantes que desee, si tiene un voltaje de control de 6 V a 60 V, por ejemplo, puede convertirlo 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 por ahí es algo muy común, lo que se suma a la facilidad de uso del circuito de solo resistencia, mientras que por lo general tiene que tener el diodo zener correcto.

Si, en cambio, tiene una fuente de alimentación inestable, 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 para ser de 5,1 V a 5 mA, puede suponer en sus cálculos que entre 3 mA y 6 mA será relativamente estable. También puede calcular la deriva de voltaje usando la resistencia diferencial mencionada en la hoja de datos, pero creo que eso es para una respuesta diferente en un momento diferente.

Entonces, si desea que el voltaje base se mantenga en 5.1V, seleccione los 5.1V a 5mAzener, si luego el suministro es de 12V, seleccione una resistencia para que pasen 5mA:

R = V/I = (12 V - 5,1 V) / 0,005 A = 1,38 kOhm.

Digamos que puede obtener este valor exactamente (puede redondearlo 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 = 5,1 V + (R * Imín) = 5,1 V + (1380 * 0,004) = 5,1 V + 5,52 V = 10,62 V

a

V = 5,1 V + (R * Imáx) = 5,1 V + (1380 * 0,006) = 13,38 V

Antes hay que empezar a pensar en comprobar qué hace el zener a niveles de corriente más bajos o más altos, por lo que añade mucha estabilidad con respecto a la tensión de alimentación, lo que hace que la corriente a través de la carga sea mucho más estable.

Una alternativa (que es aún más estable) sería simplemente dos diodos estándar, como 1N4148, en serie para crear un voltaje fijo de 1,2 V a 1,4 V (según el rango de corriente que esté viendo). Usarlos en la dirección de avance podría brindarle una buena estabilidad de 0.1 mA a 5 mA o de 1 mA a 10 mA, etc. Pero para muchos diseñadores principiantes es un poco arte negro llegar a los cálculos correctos del punto de ajuste. Especialmente porque las hojas de datos de 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 un voltaje de polarización proporcional al voltaje de suministro.

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 que lo atraviesa). Esto hace que el divisor de voltaje zener sea muy "rígido", lo que significa que la impedancia de entrada del amplificador es baja. Esto generalmente no es deseable, lo que puede ser una de las razones por las que la polarización del diodo zener es inusual. (Otra razón puede ser que los zeners suelen ser más caros que las resistencias).

Para polarizar una etapa de amplificador basada en BJT, es común usar un divisor de voltaje resistivo. Por lo general, este divisor se elige para que sea de baja resistencia para proporcionar un voltaje de polarización "rígido". La razón es que el voltaje base producido debe ser lo más independiente posible de la corriente 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 necesaria una compensación, lo que da como resultado, por ejemplo, una corriente a través de este divisor que se elige para que sea aproximadamente diez veces mayor que la corriente base.

Como alternativa, la "rigidez" deseada del voltaje base se puede lograr con un diodo Z que puede producir un voltaje de CC muy constante, casi independiente de la corriente a través de la resistencia superior (entre la base y el voltaje de suministro). Depende de la aplicación específica si la resistencia de entrada dinámica resultante es aceptable o no. Si no, se podría aplicar el método bootstrap.

Es prácticamente más fácil encontrar un par de resistencias de valores determinados que un diodo zener del voltaje inverso que puedas necesitar.

Además, debe 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 el voltaje será casi fijo en la base.

Desea usar un zener para tener una referencia de voltaje rígida para la operación de CC.

Obviamente, en esta aplicación particular, el transistor se usa para formar una fuente de corriente constante. Es decir, su propósito es proporcionar corriente estable a través de la carga incluso si el suministro de voltaje principal (20V o 12V) no es estable. Esto se logra mediante la retroalimentación negativa del voltaje a través de la resistencia del emisor dado que el voltaje 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 del suministro de voltaje principal.