Práctica 5

51
Práctica 5
Polarización de un BJT.
5.1 Competencia específica a desarrollar.
Realizar cuatro circuitos de polarización de un transistor de unión bipolar mostrando la
posición del punto de operación (quiescente) dentro de una recta de carga correspondiente a la
característica de salida del dispositivo. Se reconoce la polarización como preparación para el
proceso de amplificación de un transistor de unión bipolar.
5.2 Relación de la Práctica 5 con el contenido del curso.

La presente práctica de laboratorio contribuye al conocimiento significativo de los siguientes
apartados del programa de la asignatura Electrónica Analógica (AEF-1021) del plan de la
carrera de Ingeniería Eléctrica IELC-2010-209:
2.2.1 Polarización
2.2.2 Limites de operación y hoja de especificaciones.
2.2.3 Punto Q
2.2.5 Polarización con dos fuentes
5.3 Fundamentos teóricos.

5.3.1 Polarización en cd para amplificación.
En esta práctica se presenta esquemas de polarización de un BJT como preparación para

amplificar una señal senoidal completa dentro de los parámetros de operación normal para un
transistor de unión bipolar NPN de uso común. Recordemos la Fig. 4.4 que muestra la
condición elemental para polarizar un transistor de unión bipolar para que opere en la región
activa normal (RAN).
Figura 4.4 Transistor NPN polarizado para operar en la RAN.

52
En este esquema, la tensión de la fuente ECC debe ser más positiva que tensión de la fuente
EBB.
Supóngase ahora una familia de curvas de salida de un BJT típico. La figura 5.1 muestra una
característica idealizada correspondiente a un transistor BD137. Las condiciones límite de
operación del transistor pueden establecerse en (0 V, 90 mA) para saturación y (20 V, 0 mA)
para el estado de corte. Estos dos puntos idealizados de operación límite definen los extremos
de una recta cuyo nombre suele ser el de recta de carga del transistor. Es deseable que cuando
el transistor realice un trabajo de amplificación lineal, sus coordenadas de polarización se
desplacen a lo largo de una recta de carga predefinida (como la mostrada en la Fig. 5.1).
120
1000 µA
100
900 µA
SATURACIÓN 800 µA
80
700 µA
600 µA
I
60 C
500 µA
(mA) Q
400 µA
40
300 µA
20 200 µA
100 µA
0 CORTE
1
13
37
49
85
9
1
3
5
7
9
1
3
5
7
9
1
3
5
7
9
25
61
73
97
12
14
16
19
22
25
27
10
13
15
18
20
21
24
26
28
VCE (V×10-1)
Figura 5.1 Localización de un punto quiescente fijo (Q) en la característica de salida de un
transistor NPN polarizado para operar en la RAN.
Entonces, es conveniente que cuando se polarice el transistor con una fuente de cd, el punto de
operación se sitúe cerca de la mitad de la recta de carga, para preparar el desplazamiento del
punto de operación hacia arriba y hacia abajo sobre la recta de carga para producir excursiones
positivas y negativas de la señal de salida cuando el transistor procese señales de ca.
En esta práctica se ensaya cuatro esquemas básicos de polarización en cd usando una fuente de
potencia y resistores limitadores para aproximar el punto de operación (Q) cerca de la mitad
de la recta de carga: polarización fija, polarización fija con realimentación de Emisor,
polarización por realimentación de colector y polarización por divisor de tensión
(autopolarizado).
53
5.3.2 Polarización fija.
La figura 5.2 muestra un diagrama de circuito que cumple con el requerimiento de situar al
puto Q cerca de la mitad de la recta de carga.
Recordemos que una recta idealizada de carga se define con base en dos putos en el plano
(ver Fig. 5.1):
 Un punto de CORTE ideal descrito por la tensión de la fuente (VCC) y una corriente de
Colector IC=0 A, es decir, (VCC, 0).
 Un punto de SATURACIÓN ideal definido por VCC=0 e ISAT= VCC / RC, es decir, (0,
ISAT), donde ISAT puede ser establecido sólo con seleccionarlo en la característica de
operación del dispositivo, sin considerar un valor asociado para RC.
Figura 5.2 Diagrama de conexiones para un sistema de polarización fija de cd aplicado a un

transistor de unión bipolar NPN en configuración Emisor común.
De acuerdo con el gráfico representado en la Fig. 5.1, el punto Q deberá situarse en las
coordenadas:
 VCEQ =VCC /2 para las abscisas e
 ICQ= ISAT /2 para las ordenadas.
Entonces, para completar el diseño del circuito mostrado en la Fig. 5.2 el primer paso es
establecer valores para VCC, ISAT, VCEQ e ICQ.
Luego, estimar el valor de RC, a partir de los valores seleccionados para VCC e ISAT:
54
V CC
RC = . (5.1)
I SAT
Ahora, puede estimarse la potencia que requiere disipar el resistor RC con base en la relación:
P RC =I 2SAT RC . (5.2)
En seguida, es necesario definir el valor de βcd con base en la característica de salida de un

transistor dado o con base en los datos proporcionados por el fabricante o como resultado de
un ensayo de laboratorio aplicado a un dispositivo bajo prueba.
Una vez establecido el valor de βcd, puede estimarse el valor de la corriente de Base en el
punto de operación predefinido con base en la relación descrita en la ecuación 4.1 del presente
manual:
IC=βcdIB, (4.1)
de modo que:
IBQ= ICQ /βcd. (5.3)
Finalmente, para estimar el valor de RB, es necesario considerar el circuito de la Fig. 5.2,
donde puede establecerse la relación:
V R =V CC −V BE
B
con VBE0.7 V (5.4)
R B=V R /I BQ .
B
(5.5)
Adicionalmente, la potencia para RB se estimará como:
P R =I 2BQ RB .
B
(5.6)
Como ejemplo de aplicación, considérese un transistor BD137 con una característica de salida
similar a la mostrada en la Fig. 5.1, que ha de polarizarse como se indica en la Fig. 5.2. En
dicha figura, puede suponerse que la fuente de alimentación disponible es VCC=20 V y la
corriente de SATURACIÓN seleccionada es ISAT=90 mA. En consecuencia, un punto de
operación para cd deseable es Q(10 V, 45 mA). Obsérvese que todos estos datos de diseño son
seleccionados con base en la información que ofrece el fabricante del dispositivo a través de
su hoja de datos (datasheet) y de una fuente de potencia de cd disponible.
55
Para estimar el valor de RC, apliquemos la ecuación 5.1 a partir de los valores seleccionados
para VCC e ISAT:
20 V
RC = , RC 222Ω, RC =220Ω.
90 mA
Ahora, puede estimarse la potencia que requiere disipar el resistor RC con base en la ecuación
5.2:
2
P RC =( 90 10−3 ) (220), P RC 1.782W , P RC =2W .
En seguida, es necesario definir βcd =112.5.
manual:
I BQ=45 10−3 /112.5 , I BQ=400 µA
Finalmente, para RB:
V R =20−0.7 V R =19.3 V
B B
R B=19.3/ 4 10−4 , R B 48250Ω , R B 47 kΩ

2
P R =( 4 10− 4 ) (47 103 ), P R 0.00752 W ,
B
P R =0.25 W .
B
B
5.3.3 Polarización fija con realimentación de emisor.
(ver Fig. 5.1):
 Un punto de SATURACIÓN ideal definido por VCC=0 e ISAT= VCC / (RC+RE), es decir,
(0, ISAT), donde ISAT puede ser establecido sólo con seleccionarlo en la característica de
operación del dispositivo, sin considerar un valor asociado para (RC+RE).
56
coordenadas:
Figura 5.3 Diagrama de conexiones para un sistema de polarización fija de cd con

realimentación de emisor aplicado a un transistor de unión bipolar NPN en configuración
Emisor común.
Luego, estimar el valor de RC +RE, a partir de los valores seleccionados para VCC e ISAT:
V CC
( RC + R E )= , (5.7)
I SAT
Que es equivalente a la ecuación 5.1.Una condición común y conveniente es que RC =10 R E.
Ahora, puede estimarse la potencia que requiere disipar el resistor RC y el resistor RE con base
en las relaciones:
P RC =I 2SAT RC y Pℜ=I 2SAT RE (5.2)

57

manual:
IC=βcdIB, (4.1)
de modo que:
V R =V CC −(V ¿ ¿ BE+V E 0)¿ con

B
V BE =0.7 V y V E 0 R E I CQ (5.8)
R B=V R /I BQ .
B
(5.5)
P R =I 2BQ RB .
B
(5.6)
Para estimar el valor de RC +RE, apliquemos la ecuación 5.1 a partir de los valores
seleccionados para VCC e ISAT:
20 V
R C + R E= , RC 222Ω, RC =220Ω, RC =22Ω.
90 mA
Con estos valores comerciales seleccionados, es necesario recalcular ISAT:

58
20V
I SAT = , I SAT =82.6 mA .
242Ω
en la ecuación 5.2:
2
P RC =( 82.6 10−3 ) (220), P RC 1.81W , P RC =2W .
2
Pℜ= ( 82.6 10−3 ) (22), Pℜ 0.181W , Pℜ=0.25W .
manual:
I BQ=41.3 10−3 /112.5 , I BQ=367 µA
V R =20−(0.7 + ( 82.6 ∙10−3 ) ( 22 )) V R =17.48 V

B
B
R B=17.48/3.67 10−4 , R B 47637 Ω, R B 47 kΩ
Adicionalmente, la potencia para RB se estimará como

2
P R =( 3.67 10−4 ) (4710 3), P R 0.00633 W ,
B
P R =0.25 W .
B
B
5.3.4 Polarización por realimentación de colector.
(ver Fig. 5.1):
59
 Un punto de SATURACIÓN ideal definido por VCC=0 e ISAT= VCC / RC, es decir, (0,
ISAT), donde ISAT puede ser establecido sólo con seleccionarlo en la característica de
operación del dispositivo, sin considerar un valor asociado para RC.
coordenadas:
v
v
Figura 5.4 Diagrama de conexiones para un sistema de polarización por realimentación de

colector de cd aplicado a un transistor de unión bipolar NPN en configuración Emisor común.
Luego, estimar el valor de RC, a partir de los valores seleccionados para VCC e ISAT:
V CC
RC = . (5.1)
I SAT
Ahora, puede estimarse la potencia que requiere disipar el resistor RC con base en la relación:
P RC =I 2SAT RC . (5.2)
60

manual:
IC=βcdIB, (4.1)
de modo que:

V R =V CC −(V ¿ ¿ BE +V RC ) ¿ con
B
VBE0.7 V y V RC =RC I CQ , (5.9)
entonces
R B=V R /I BQ .
B
(5.5)
P R =I 2BQ RB .
B
(5.6)
Para estimar el valor de RC, apliquemos la ecuación 5.1 a partir de los valores seleccionados
para VCC e ISAT:
20 V
RC = , RC 222Ω, RC =220Ω.
90 mA
Ahora, puede estimarse la potencia que requiere disipar el resistor RC con base en la ecuación
5.2:
61
2
P RC =( 90 10−3 ) (220), P RC 1.782W , P RC =2W .
manual:
I BQ=45 10−3 /112.5 , I BQ=400 µA
V R =20−(0.7 + ( 45 10−3 ) ( 220 ) ) V R =9.4 V

B
B
R B=9.4 /4 10−4 , R B 23500 Ω, R B=22 kΩ

2
P R =( 4 10− 4 ) (2210 3), P R 0.00352 W ,
B
P R =0.25 W .
B
B
5.3.5 Polarización por divisor de tensión o autopolarizado.
(ver Fig. 5.1):
 Un punto de SATURACIÓN ideal definido por VCC=0 e ISAT= VCC / (RC+RE), es decir,
(0, ISAT), donde ISAT puede ser establecido sólo con seleccionarlo en la característica de
operación del dispositivo, sin considerar un valor asociado para (RC+RE).
R2
v
I
IBQ
62
R1
Figura 5.5 Diagrama de conexiones para un sistema de polarización por divisor de tensión
aplicado a un transistor de unión bipolar NPN en configuración Emisor común.
coordenadas:
Luego, estimar el valor de RC +RE, a partir de los valores seleccionados para VCC e ISAT:
V CC
( RC + R E )=
, (5.7)
I SAT
Que es equivalente a la ecuación 5.1.Una condición común y conveniente es que RC =10 R E.
en las relaciones:
P RC =I 2SAT RC y Pℜ=I 2SAT RE (5.2)
En este caso, suponemos que el divisor de tensión formado por los resistores R1 y R2 determina
el valor de la tensión de polarización de la Base VB. Para asegurar tal condición de
polarización de la Base, es conveniente proponer que la corriente I mostrada en la Fig. 5.5
cumpla con la condición:
I10 I BQ, (5.10)
Para eliminar el efecto de carga sobre el divisor de tensión.
Por otro lado, es necesario definir el valor de βcd con base en la característica de salida de un
manual:
63
IC=βcdIB, (4.1)
de modo que:
Finalmente, para estimar el valor de R1 y el valor de R2 es necesario considerar:

1. Que el valor de I debe ser al menos 10 IBQ de acuerdo con la ecuación 5.10.
2. Que el valor total de (R1+ R2) está determinado por la relación:
R1 + R2=V CC / I . (5.11)
3. La tensión resultante en R1 que se ha de conectar a la Base debe ser:
V R =(V ¿ ¿ BE+V E 0 )¿
B
con V BE =0.7 V y V E 0 R E I CQ.
(5.8)
Adicionalmente, la potencia para R1 y para R2 se estimará como:
P R =I 2 R1
1
y P R =I 2 R2.
2
(5.6)
Para estimar el valor de RC +RE, apliquemos la ecuación 5.1 a partir de los valores
seleccionados para VCC e ISAT:
20 V
R C + R E= , RC 222Ω, RC =220Ω, RC =22Ω.
90 mA
Con estos valores comerciales seleccionados, es necesario recalcular ISAT:
20V
I SAT = , I SAT =82.6 mA .
242Ω
en la ecuación 5.2:
2
P RC =( 82.6 10−3 ) (220), P RC 1.81W , P RC =2W .
64
2
Pℜ= ( 82.6 10−3 ) (22), Pℜ 0.181W , Pℜ=0.25W .
manual:
I BQ=41.3 10−3 /112.5 , I BQ=367 µA
Usando el valor de IBQ, es posible estimar un valor para I:
I =( 10)(367 µA), I =3.67 mA.
A continuación, con base en la ecuación 5.11, es posible calcular la resistencia total del
circuito divisor de tensión:
R1 + R2=20 /0.00367, R1 + R2 5449.6Ω.
El voltaje para R1, con base en la ecuación 5.8 es:
V E 0 ( 22 ) ( 41.310−3 ), V E 0 0.91V , V BE =0.7 V
V R =(0.91+ 0.7),
B
V R =1.61 V .
B
Finalmente, para R1 y R2:
20 1.61(R1 + R2 ) 1.61(5449.6)
1.61=R1 , R 1= , R 1= ,
R 1+ R 2 20 20
R1 438.7 Ω, R1=470 Ω
R2 5449.6−438.7, R2 5010.9Ω, R2=4.7 kΩ
Adicionalmente, la potencia para R1 y R2 se estimará como:

2
P R =( 3.67 10−4 ) (0.47 103 ), P R 0.0000633 W ,
1
P R =0.25 W .
1
1
2
P R =( 3.67 10−4 ) (4.7 10 3), P R 0.000633 W ,
2
P R =0.25 W .
2
2
5.4 Simulación.
5.4.1 Polarización fija.
65
Con base en la Fig. 5.6a), observa y registra el valor obtenido para el punto de operación
Q[VCE, IC), con base en los parámetros de simulación de circuito mostrado en la Fig. 5.6a).
Dibuja sobre un sistema de ejes coordenados (primer cuadrante) la recta de carga y el punto Q
correspondientes a las condiciones simuladas.
5.4.2 Polarización fija con realimentación de Emisor.
Con base en la Fig. 5.6b), observa y registra el valor obtenido para el punto de operación
Q[VCE, IC), con base en los parámetros de simulación de circuito mostrado en la Fig. 5.6b).
5.4.3 Polarización por realimentación de Colector.
Con base en la Fig. 5.6c), observa y registra el valor obtenido para el punto de operación
Q[VCE, IC), con base en los parámetros de simulación de circuito mostrado en la Fig. 5.6c).
5.4.4 Polarización por divisor de tensión o autopolarizado.
Con base en la Fig. 5.6d), observa y registra el valor obtenido para el punto de operación
Q[VCE, IC), con base en los parámetros de simulación de circuito mostrado en la Fig. 5.6d).
5.5 Material y Equipo.

Una fuente de cd de 0 V a 30 V. Un transistor BC548C o similar.
Tres multímetro digital (voltímetro y miliamperímetro). Seis caimanes.
Una tablilla de prueba (protoboard). Seis cables de conexión.
Resistores (220 Ω, 22 Ω, 120 kΩ, 100 kΩ, 56 kΩ, 560 Ω, 6,8 KΩ).
5.6 Circuitos de aplicación.

Los circuitos a realizar en esta práctica se muestran en la figura 5.6.
66
(a) (b)
(c) (d)
Figura 5.6 Circuitos de polarización (a) fija, (b) fija con realimentación de emisor, (c) por
realimentación de colector, (d) por divisor de tensión.
5.7 Proceso operativo.

5.7.1 Recta de carga punto Quiescente (Q).
Armar el circuito de la Fig. 5.6(a). Con los valores de medida, dibujar la recta de carga en la
cuadrícula de la Fig. 5.7(a). Dibujar el punto de operación resultante Q sobre la recta de carga.
Indicar si el punto de operación se acerca a la región de corte, a la región de saturación o se
encuentra en el punto medio de la recta de carga, preparado para operar como amplificador.
Armar el circuito de la Fig. 5.6(b). Con los valores de medida, dibujar la recta de carga en la
cuadrícula de la Fig. 5.7(b). Dibujar el punto de operación resultante Q sobre la recta de carga.
67
(a) (b)
(c) (d)
Figura 5.7 Recta de carga y punto de operación para polarización: (a) fija, (b) fija con
realimentación de emisor, (c) por realimentación de colector, (d) por divisor de tensión.
Armar el circuito de la Fig. 5.6(c). Con los valores de medida, dibujar la recta de carga en la
cuadrícula de la Fig. 5.7(c). Dibujar el punto de operación resultante Q sobre la recta de carga.
Armar el circuito de la Fig. 5.6(d). Con los valores de medida, dibujar la recta de carga en la
cuadrícula de la Fig. 5.7(d). Dibujar el punto de operación resultante Q sobre la recta de carga.
5.8 Preguntas complementarias.

¿Cómo es que un cambio en el valor de βcd resulta en un cambio de posición del punto
quiescente Q?
¿Por qué las condiciones de CORTE y SATURACIÓN determinan una recta de carga
correspondiente a una configuración específica?
¿Cuál es la razón de que la polarización fija sea considerada una configuración inestable?
¿Cuál es la ventaja visible que representa la configuración de polarización por realimentación
de Colector?
Con base en la familia de curvas obtenidas en la Fig. 4.9 ¿Qué pasaría con el punto de
operación Q si se produce un aumento en el valor de βcd en un circuito autopolarizado?
5.9 Informe del alumno.

68
El informe del alumno debe incluir:

 Portada conteniendo el nombre y número de la práctica, así como los nombres de los
integrantes del equipo que participaron en su realización.
 Objetivo de la práctica.
 Material y equipo.
 Diagramas de circuitos a ensayar.
 Proceso operativo.
 Resultados obtenidos incluyendo gráficas y tablas con valores especificados.
 Cuestionario contestado completamente.
 Obras consultadas en formato APA.
5.10 Obras consultadas.

Molina Marticorena José Luis. (2016). Sitio web Profesor Molina. San Juan, Argentina.
Disponible en http://www.profesormolina.com.ar
Boylestad R. y Nashelsky L. (2004). Electrónica, Teoría de circuitos. Octava edición. México,
D.F.: Pearson:
Angulo C., Muñoz A. y Pareja J. (1989). Prácticas de Electrónica 1. España: McGraw-Hill.

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51

5.2 Relación de la Práctica 5 con el contenido del curso.

5.3 Fundamentos teóricos.

En esta práctica se presenta esquemas de polarización de un BJT como preparación para

Figura 4.4 Transistor NPN polarizado para operar en la RAN.

5.3.2 Polarización fija.

Figura 5.2 Diagrama de conexiones para un sistema de polarización fija de cd aplicado a un

En seguida, es necesario definir el valor de βcd con base en la característica de salida de un

IBQ= ICQ /βcd. (5.3)

Adicionalmente, la potencia para RB se estimará como:

En seguida, es necesario definir βcd =112.5.

I BQ=45 10−3 /112.5 , I BQ=400 µA

Finalmente, para RB:

R B=19.3/ 4 10−4 , R B 48250Ω , R B 47 kΩ

Adicionalmente, la potencia para RB se estimará como:

5.3.3 Polarización fija con realimentación de emisor.

Figura 5.3 Diagrama de conexiones para un sistema de polarización fija de cd con

Que es equivalente a la ecuación 5.1.Una condición común y conveniente es que RC =10 R E.

P RC =I 2SAT RC y Pℜ=I 2SAT RE (5.2)

En seguida, es necesario definir el valor de βcd con base en la característica de salida de un

IBQ= ICQ /βcd. (5.3)

V R =V CC −(V ¿ ¿ BE+V E 0)¿ con

Adicionalmente, la potencia para RB se estimará como:

Con estos valores comerciales seleccionados, es necesario recalcular ISAT:

En seguida, es necesario definir βcd =112.5.

I BQ=41.3 10−3 /112.5 , I BQ=367 µA

Finalmente, para RB:

V R =20−(0.7 + ( 82.6 ∙10−3 ) ( 22 )) V R =17.48 V

R B=17.48/3.67 10−4 , R B 47637 Ω, R B 47 kΩ

Adicionalmente, la potencia para RB se estimará como

5.3.4 Polarización por realimentación de colector.

Figura 5.4 Diagrama de conexiones para un sistema de polarización por realimentación de

En seguida, es necesario definir el valor de βcd con base en la característica de salida de un

IBQ= ICQ /βcd. (5.3)

Adicionalmente, la potencia para RB se estimará como:

En seguida, es necesario definir βcd =112.5.

I BQ=45 10−3 /112.5 , I BQ=400 µA

Finalmente, para RB:

V R =20−(0.7 + ( 45 10−3 ) ( 220 ) ) V R =9.4 V

R B=9.4 /4 10−4 , R B 23500 Ω, R B=22 kΩ

Adicionalmente, la potencia para RB se estimará como:

5.3.5 Polarización por divisor de tensión o autopolarizado.

P RC =I 2SAT RC y Pℜ=I 2SAT RE (5.2)

I10 I BQ, (5.10)

Para eliminar el efecto de carga sobre el divisor de tensión.

IBQ= ICQ /βcd. (5.3)

Finalmente, para estimar el valor de R1 y el valor de R2 es necesario considerar:

Adicionalmente, la potencia para R1 y para R2 se estimará como:

Con estos valores comerciales seleccionados, es necesario recalcular ISAT:

En seguida, es necesario definir βcd =112.5.

I BQ=41.3 10−3 /112.5 , I BQ=367 µA

Usando el valor de IBQ, es posible estimar un valor para I:

I =( 10)(367 µA), I =3.67 mA.

El voltaje para R1, con base en la ecuación 5.8 es:

V E 0 ( 22 ) ( 41.310−3 ), V E 0 0.91V , V BE =0.7 V

Finalmente, para R1 y R2:

R2 5449.6−438.7, R2 5010.9Ω, R2=4.7 kΩ

Adicionalmente, la potencia para R1 y R2 se estimará como: