Condiciones básicas de funcionamiento de la electrónica
Una representación gráfica de las propiedades de corriente y voltaje de un transistor; la polarización se selecciona de modo que el punto de operación permita la máxima amplitud de señal sin distorsión.
En electrónica , la polarización es el establecimiento de condiciones de funcionamiento (corriente y voltaje) de CC (corriente continua ) de un componente electrónico que procesa señales variables en el tiempo . Muchos dispositivos electrónicos, como diodos , transistores y tubos de vacío , cuya función es procesar señales variables en el tiempo ( CA ), también requieren una corriente o voltaje constante (CC) en sus terminales para funcionar correctamente. Esta corriente o voltaje se llama polarización . La señal CA que se les aplica se superpone a esta corriente o voltaje de polarización CC.
El punto de funcionamiento de un dispositivo, también conocido como punto de polarización, punto de reposo o punto Q , es la corriente o el voltaje de CC en un terminal específico de un dispositivo activo (un transistor o un tubo de vacío) sin ninguna señal de entrada aplicada. Un circuito de polarización es una parte del circuito del dispositivo que suministra esta corriente o voltaje constante.
Descripción general
En electrónica, el término "polarización" hace referencia generalmente a una tensión o corriente continua fija aplicada a un terminal de un componente electrónico, como un diodo, un transistor o un tubo de vacío, en un circuito en el que también hay señales de corriente alterna, con el fin de establecer las condiciones de funcionamiento adecuadas para el componente. Por ejemplo, se aplica una tensión de polarización a un transistor en un amplificador electrónico para permitir que el transistor funcione en una región particular de su curva de transconductancia . En el caso de los tubos de vacío, a menudo se aplica una tensión de polarización de rejilla a los electrodos de la rejilla por la misma razón. [ cita requerida ]
Los circuitos lineales que involucran transistores generalmente requieren voltajes y corrientes de CC específicos para un funcionamiento correcto, lo que se puede lograr utilizando un circuito de polarización. Como ejemplo de la necesidad de una polarización cuidadosa, considere un amplificador de transistores . En los amplificadores lineales , una pequeña señal de entrada da una señal de salida más grande sin ningún cambio en la forma (baja distorsión): la señal de entrada hace que la señal de salida varíe hacia arriba y hacia abajo alrededor del punto Q de una manera estrictamente proporcional a la entrada. Sin embargo, debido a que la relación entre la entrada y la salida de un transistor no es lineal en todo su rango operativo, el amplificador de transistores solo se aproxima al funcionamiento lineal. Para una baja distorsión , el transistor debe estar polarizado de modo que la oscilación de la señal de salida no lleve al transistor a una región de funcionamiento extremadamente no lineal. Para un amplificador de transistor de unión bipolar, este requisito significa que el transistor debe permanecer en el modo activo y evitar el corte o la saturación. El mismo requisito se aplica a un amplificador MOSFET , aunque la terminología difiere un poco: el MOSFET debe permanecer en el modo activo y evitar el corte o el funcionamiento óhmico. [ cita requerida ]
Transistores de unión bipolar
En el caso de los transistores de unión bipolar, el punto de polarización se elige para mantener el transistor funcionando en modo activo , utilizando una variedad de técnicas de circuitos, estableciendo el voltaje y la corriente de CC del punto Q. Luego se aplica una pequeña señal sobre la polarización. El punto Q suele estar cerca de la mitad de la línea de carga de CC , de modo de obtener la máxima amplitud de señal pico a pico disponible sin distorsión debido al recorte a medida que el transistor alcanza la saturación o el corte. El proceso de obtener una corriente de colector de CC adecuada a un cierto voltaje de colector de CC mediante el establecimiento del punto de operación se denomina polarización. [ cita requerida ]
Tubos de vacío (válvulas termoiónicas)
La polarización de la rejilla es el voltaje de CC proporcionado en la rejilla de control de un tubo de vacío en relación con el cátodo con el fin de establecer la señal de entrada cero o la condición de funcionamiento de estado estable del tubo. [1] [2]
En un amplificador de voltaje de clase A típico y en las etapas de potencia de clase A y AB1 de los amplificadores de potencia de audio , el voltaje de polarización de CC es negativo en relación con el potencial del cátodo. El voltaje instantáneo de la red (suma del voltaje de polarización de CC y la señal de entrada de CA) no alcanza el punto donde comienza la corriente de red.
Los amplificadores de clase B que utilizan tubos de uso general están polarizados negativamente al punto de corte de corriente de placa proyectada. Los amplificadores de tubo de vacío de clase B generalmente funcionan con corriente de rejilla (clase B 2 ). La fuente de voltaje de polarización debe tener baja resistencia y ser capaz de suministrar la corriente de rejilla. [3] Cuando se utilizan tubos diseñados para la clase B, la polarización puede ser tan pequeña como cero.
Los amplificadores de clase C están polarizados negativamente en un punto mucho más allá del límite de corte de la corriente de placa. La corriente de rejilla se produce durante mucho menos de 180 grados del ciclo de frecuencia de entrada.
Existen muchos métodos para lograr la polarización de la rejilla. Se pueden utilizar combinaciones de métodos de polarización en el mismo tubo.
Sesgo fijo : el potencial de la red de CC se determina mediante la conexión de la red a una impedancia apropiada que permitirá el paso de CC desde una fuente de voltaje apropiada. [2] [4]
Polarización del cátodo ( polarización propia , polarización automática ): se aprovecha la caída de tensión en una resistencia en serie con el cátodo. El retorno de CC del circuito de la rejilla está conectado al otro extremo de la resistencia, lo que hace que la tensión de CC de la rejilla sea negativa en relación con el cátodo. [4]
Polarización por fuga de red : cuando la red se activa de forma positiva durante parte del ciclo de frecuencia de entrada, como en el funcionamiento de clase C, la rectificación en el circuito de la red junto con el acoplamiento capacitivo de la señal de entrada a la red produce un voltaje de CC negativo en la red. Una resistencia (la fuga de red ) permite la descarga del condensador de acoplamiento y deja pasar la corriente de CC de la red. El voltaje de polarización resultante es igual al producto de la corriente de CC de la red y la resistencia de fuga de la red. [5] [4] [6]
Polarización de la placa : la caída de tensión en una parte de una resistencia a través de la fuente de tensión de la placa determina la polarización de la rejilla. El cátodo está conectado a una toma en la resistencia. La rejilla está conectada a una impedancia adecuada que proporciona una ruta de CC ya sea al lado negativo de la fuente de tensión de la placa o a otra toma en la misma resistencia. [1] [7] [8]
Polarización de velocidad inicial ( polarización de contacto ): la corriente de rejilla de velocidad inicial pasa a través de una resistencia de rejilla a cátodo, generalmente en el rango de 1 a 10 megaohmios, lo que hace que el potencial de rejilla sea alrededor de un voltio negativo en relación con el cátodo. [9] [10] [11] La polarización de velocidad inicial se utiliza solo para voltajes de señal de entrada pequeños. [11]
Micrófonos
Los elementos de los micrófonos electret suelen incluir un transistor de efecto de campo de unión como convertidor de impedancia para accionar otros componentes electrónicos a unos pocos metros del micrófono. La corriente de funcionamiento de este JFET suele ser de 0,1 a 0,5 mA y suele denominarse polarización, que es diferente de la interfaz de alimentación fantasma que suministra 48 voltios para hacer funcionar la placa posterior de un micrófono de condensador tradicional. [12] La polarización del micrófono electret a veces se suministra en un conductor independiente. [13]
^ ab Veley, Victor FC (1987). Manual de referencia de electrónica de sobremesa (1.ª ed.). Nueva York: Tab Books. págs. 450–454.
^ ab Landee, Davis, Albrecht, Electronic Designers' Handbook, Nueva York: McGraw-Hill, 1957, pág. 2-27.
^ Landee y otros, 1957, pág. 4-19.
^ abc Orr, William I., ed. (1962). The Radio Handbook (16.ª ed.). New Augusta Indiana: Editors and Engineers, LTD., págs. 266-267.
^ Cuartel General, Departamento del Ejército (1952). Transmisores y receptores de radio en CW y AM. Washington, DC: Oficina de Publicaciones del Gobierno de los Estados Unidos. pág. 97. TM 11-665.
^ Everitt, William Littell (1937). Ingeniería de comunicaciones (2.ª ed.). Nueva York: McGraw-Hill. págs. 538-539.
^ Ghirardi, Alfred A. (1932). Curso de física de radio (2.ª ed.). Nueva York: Rinehart Books. págs. 505, 770–771.
^ Giacoletto, Lawrence Joseph (1977). Manual del diseñador de dispositivos electrónicos . Nueva York: McGraw-Hill. pág. 9-27.
^ Tomer, Robert B. (1960). Cómo aprovechar al máximo los tubos de vacío. Indianápolis: Howard W. Sams & Co./The Bobbs-Merrill Company. pág. 28.
^ ab Landee y otros, 1957, pág. 2-28.
^ "Alimentación fantasma y voltaje de polarización: ¿existe alguna diferencia?". 5 de febrero de 2007. Archivado desde el original el 8 de septiembre de 2009.
^ Norma IEC 61938 (requiere suscripción)
Lectura adicional
Boylestad, Robert L.; Nashelsky, Louis (2005). Dispositivos electrónicos y teoría de circuitos . Prentice-Hall Career & Technology.
Patil, PK; Chitnis, MM (2005). Electricidad Básica y Dispositivos Semiconductores . Phadke Prakashan.
Sedra, Adel; Smith, Kenneth (2004). Circuitos microelectrónicos . Oxford University Press. ISBN 0-19-514251-9.
