En el análisis gráfico de circuitos electrónicos no lineales , una línea de carga es una línea dibujada en el gráfico característico de corriente-voltaje para un dispositivo no lineal como un diodo o un transistor . Representa la restricción impuesta sobre el voltaje y la corriente en el dispositivo no lineal por el circuito externo. La línea de carga, normalmente una línea recta, representa la respuesta de la parte lineal del circuito, conectada al dispositivo no lineal en cuestión. Los puntos donde se cruzan la curva característica y la línea de carga son el(los) posible (s) punto(s) de operación ( puntos Q ) del circuito; en estos puntos los parámetros de corriente y voltaje de ambas partes del circuito coinciden. [1]
El ejemplo de la derecha muestra cómo se utiliza una línea de carga para determinar la corriente y el voltaje en un circuito de diodo simple . El diodo, un dispositivo no lineal, está en serie con un circuito lineal que consta de una resistencia , R y una fuente de voltaje , VDD . La curva característica (línea curva) , que representa la corriente I a través del diodo para cualquier voltaje dado a través del diodo VD , es una curva exponencial. La línea de carga (línea diagonal) , que representa la relación entre corriente y voltaje debido a la ley de voltaje de Kirchhoff aplicada a la resistencia y la fuente de voltaje, es
Dado que la misma corriente fluye a través de cada uno de los tres elementos en serie, y el voltaje producido por la fuente de voltaje y la resistencia es el voltaje a través de los terminales del diodo, el punto de operación del circuito estará en la intersección de la curva con el linea de carga.
En un circuito con un dispositivo de tres terminales, como un transistor , la curva corriente-voltaje de la corriente colector-emisor depende de la corriente base. Esto se representa en gráficos mediante una serie de curvas (I C –V CE ) en diferentes corrientes de base. Una línea de carga dibujada en este gráfico muestra cómo la corriente base afectará el punto de funcionamiento del circuito.
El diagrama de línea de carga a la derecha es para una carga resistiva en un circuito emisor común . La línea de carga muestra cómo la resistencia de carga del colector (RL ) limita el voltaje y la corriente del circuito. El diagrama también traza la corriente del colector del transistor I C versus el voltaje del colector V CE para diferentes valores de corriente de base I base . Las intersecciones de la línea de carga con las curvas características del transistor representan los valores restringidos por el circuito de I C y V CE a diferentes corrientes de base. [2]
Si el transistor pudiera pasar toda la corriente disponible, sin que caiga voltaje a través de él, la corriente del colector sería el voltaje de suministro V CC sobre R L. Este es el punto donde la línea de carga cruza el eje vertical. Sin embargo, incluso en el estado de saturación, siempre habrá algo de voltaje desde el colector al emisor.
Donde la línea de carga cruza el eje horizontal, la corriente del transistor es mínima (aproximadamente cero). Se dice que el transistor está cortado, dejando pasar sólo una corriente de fuga muy pequeña, por lo que casi toda la tensión de alimentación aparece como VCE .
El punto de operación del circuito en esta configuración (etiquetado Q) generalmente está diseñado para estar en la región activa , aproximadamente en el medio de la región activa de la línea de carga para aplicaciones de amplificador . Ajustar la corriente de base para que el circuito esté en este punto de operación sin aplicar ninguna señal se llama polarizar el transistor . Se utilizan varias técnicas para estabilizar el punto de funcionamiento frente a cambios menores de temperatura o características operativas del transistor. Cuando se aplica una señal, la corriente de base varía y el voltaje colector-emisor a su vez varía, siguiendo la línea de carga; el resultado es una etapa amplificadora con ganancia.
Normalmente se dibuja una línea de carga en las curvas características I c -V ce para el transistor utilizado en un circuito amplificador. La misma técnica se aplica a otro tipo de elementos no lineales como los tubos de vacío o los transistores de efecto de campo .
Los circuitos semiconductores suelen tener corrientes CC y CA , con una fuente de corriente CC para polarizar el semiconductor no lineal al punto de funcionamiento correcto y la señal de CA superpuesta a la CC. Las líneas de carga se pueden utilizar por separado para análisis de CC y CA. La línea de carga CC es la línea de carga del circuito equivalente CC , definida reduciendo a cero los componentes reactivos (sustituyendo condensadores por circuitos abiertos y inductores por cortocircuitos). Se utiliza para determinar el punto de funcionamiento de CC correcto, a menudo llamado punto Q.
Una vez que la línea de carga de CC define un punto de funcionamiento de CC, se puede trazar una línea de carga de CA a través del punto Q. La línea de carga de CA es una línea recta con una pendiente igual a la impedancia de CA frente al dispositivo no lineal, que en general es diferente de la resistencia de CC. La relación entre el voltaje CA y la corriente en el dispositivo está definida por esta línea. Debido a que la impedancia de los componentes reactivos variará con la frecuencia, la pendiente de la línea de carga de CA depende de la frecuencia de la señal aplicada. Por lo tanto, hay muchas líneas de carga de CA, que varían desde la línea de carga de CC (a baja frecuencia) hasta una línea de carga de CA limitante, y todas tienen una intersección común en el punto de operación de CC. Esta línea de carga límite, generalmente denominada línea de carga de CA , es la línea de carga del circuito a "frecuencia infinita" y se puede encontrar reemplazando condensadores con cortocircuitos e inductores con circuitos abiertos.
