Región operativa para transistor en multiplicador de capacitancia

Es un circuito seguidor de emisor y esto significa que el voltaje del emisor sigue al voltaje base. Esa es la manera simple de decirlo. De hecho, el voltaje del emisor debe ser de aproximadamente 0,5 voltios a 1 voltio más bajo que el voltaje base para forzar suficiente corriente en la base. Esto se debe a que la región base-emisor es equivalente a un diodo con polarización directa, por lo tanto, decimos que el emisor "sigue" a la base pero, tal vez, 0,7 voltios menos (en términos simples).

Entonces, primero debemos aceptar ese hecho: el emisor es alrededor de 0,7 voltios más bajo que el voltaje base y permanece aproximadamente 0,7 voltios más bajo que el voltaje base, independientemente de la corriente de carga.

Pero no queremos que la ondulación en el colector provoque que este tipo de regulador de voltaje se "caiga". Sí, es un tipo de regulador de voltaje y sí, puede sufrir una "caída" si la ondulación en el colector es demasiado grande. Para evitar esto, nos aseguramos de que el divisor de potencial formado por R1 y R2 reduzca el voltaje de base en una cantidad suficiente para garantizar que el voltaje de base sea siempre más bajo que el voltaje de "valle" más bajo en el colector cuando hay ondulación presente.

También nos aseguramos de que los valores de R1 y R2 sean lo suficientemente bajos para que cualquier corriente adicional que ingrese a la base (debido a las variaciones de carga del emisor) no provoque una caída significativa del voltaje de la base. Una regla general aquí sería elegir valores de R1 y R2 que sean aproximadamente diez veces la resistencia del valor de resistencia de carga más bajo en el emisor. Entonces, si la carga del emisor fuera de 50 Ω, elegiríamos R1 y R2 para ofrecer una resistencia equivalente a la base de no más de 500 Ω.

Entonces, el transistor estará en su región activa.

Pero, como siempre, habrá compromisos y, bajo valores extremos de voltaje de ondulación en el colector, puede comenzar a alcanzar la región de saturación. Esto se debe a la cantidad de ondulación que puede tolerar y por cuánto tiempo. Aquí no hay una regla general; depende completamente de cuál debe ser el voltaje en el emisor para satisfacer los requisitos de lo que está conectado al emisor.

¿Cuál de estos es un modo de operación más deseable para el transistor?

Generalmente, es deseable que el transistor opere en su región activa.

Si mi comprensión es correcta, deberíamos sesgar la base para que esté muy cerca de V+, en cuyo caso, ¿no deberíamos simplemente omitir R2?

No, eso no sería muy bueno porque entonces depende de la corriente base (con amplificación de corriente cero en el BJT) para suministrar corriente de carga. En general, desea que el voltaje promedio en la base sea aproximadamente un voltio por debajo del voltaje de valle en el colector cuando hay ondulación.

Nota al pie: en mi experiencia, es mejor usar más capacitancia en la línea de alimentación que esperar milagros de este tipo de circuitos.

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Es absolutamente obvio que el transistor tendrá que funcionar en modo "lineal", de lo contrario no sería de mucha utilidad en el contexto de las "fuentes de alimentación" de CC.

En este caso, el análisis de CA muestra la atenuación obtenida de la ondulación presente en la entrada (~35 db a 100 Hz, 50 Hz x 2).

Cabe destacar los dos hechos siguientes:

Tenga cuidado con un problema que puede ocurrir...

• Si C1 está cargado y Vin ("condensador" después del rectificador) llega a cero más rápido que el voltaje en C1, puede haber una corriente inversa a través de la base del colector ... que puede destruir fácilmente el transistor. Entonces, R1 es realmente necesario.

• ¡Tenga en cuenta también que el transistor se destruirá si hace un cortocircuito en la salida (descarga C1 a través de la unión BE)!

ACTUALIZACIÓN:
como se preguntó en el comentario, aquí hay algunas simulaciones (resistencia agregada entre la base y el capacitor).
Esta resistencia R5 tiene algunos beneficios en las corrientes Ib(Q1) involucradas en el análisis TRAN pero degrada la respuesta en el análisis AC.

También se agregó un diodo D2 para "descargar" el capacitor más rápido de otra manera (a través de R4).

Puede omitir R2 si la diferencia Vbe-Vce(sat) es considerablemente mayor que el voltaje de ondulación de entrada. El transistor estará entonces siempre en la región activa. Eso es lo que quieres.

Este no es un circuito que querrá usar todos los días, pero es una buena manera de reducir un milivoltio de ruido de banda ancha a unos pocos microvoltios para alimentar un circuito que es delicado con el ruido pero no tanto con la regulación de su potencia.