BJT: ¿Qué es exactamente una línea de carga de CA?

Question

La línea de carga de CC es sencilla de explicar, para un circuito dado la relación entre V _CE y yo _C debe cumplir con la relación KVL para ese circuito.

En el gráfico podemos elegir un punto Q, y luego ver si superponemos una señal de corriente alterna sobre la tensión continua entonces el V _C seguirá en consecuencia, y podemos determinar la oscilación de salida máxima.

Sin embargo, la línea de carga de CA me confunde. Porque cuando determino esta línea utilizando el modelo de circuito equivalente de CA y el KVL a través de la v _ce bucle, la línea de carga pasa ahora por cero en un gráfico.

i _c \= - v _ce / (R _C // R _L )

Entonces entiendo que para obtener la verdadera línea de carga del circuito, debo superponer la línea de carga de CA en el punto Q, y preferiblemente utilizar el centro de la CA LL como punto Q.

Luego me sale esto:

• ¿Significa esto que la DC LL ya no está en pie?
• ¿Cómo conseguimos el I _max y V _max de la AC LL?
• ¿Y cómo determino el punto Q para que esté en medio de la AC LL?

Gracias

Answer 1

(Esta es una respuesta bastante larga para profundizar un poco más en la conexión entre la línea de carga de CA y la corriente máxima de colector y la tensión de colector-emisor).

¿Qué es exactamente una línea de carga de CA?

En palabras, y para este circuito, es el gráfico de la corriente de colector frente a la tensión de colector-emisor con los condensadores de derivación de emisor y de acoplamiento de colector sustituidos por baterías con cada tensión de batería igual a la respectiva tensión del condensador de reposo.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Más adelante veremos por qué. En primer lugar, vamos a verificar que esto dará la línea de carga de CA.

Cuando la corriente de colector es cero, la tensión de colector es, por división de tensión

$$V_{C,max} = (V_{CC} - V_{CQ})\frac{R_L}{R_C + R_L} + V_{CQ} = I_{CQ}R_C||R_L + V_{CQ}$$

Así,

$$V_{CE,max} = V_{C,max} - V_{EQ} = I_{CQ}R_C||R_L + V_{CEQ}$$

Suponiendo, para simplificar, que la tensión de saturación es cero, \$V_{CE,sat} = 0V\$ la corriente de colector máxima es

$$I_{C,max} = \frac{V_{CC} - V_{EQ}}{R_C} + \frac{V_{CQ} - V_{EQ}}{R_L} = I_{CQ} + \frac{V_{CEQ}}{R_C||R_L}$$

Así, tenemos dos puntos localizados en la gráfica de \$i_C\$ frente a \$v_{CE}\$

$$i_C = 0, v_{CE} = I_{CQ}R_C||R_L + V_{CEQ}$$

$$i_C = I_{CQ} + \frac{V_{CEQ}}{R_C||R_L}, v_{CE} = 0$$

La ecuación de la línea que pasa por estos dos puntos es una línea de carga y viene dada por

$$i_C = I_{CQ} + \frac{V_{CEQ}}{R_C||R_L} - \frac{v_{CE}}{R_C||R_L}$$

Ahora, esta línea de carga tiene dos características notables:

(1) para \$v_{CE} = V_{CEQ}\$ la corriente de colector es \$i_C = I_{CQ}\$ por lo que esta línea de carga pasa por el punto de reposo.

(2) el cambiar en la tensión colector-emisor es \$\Delta v_{CE} = -\Delta i_C R_C||R_L\$

Pero esto es sólo la línea de carga de CA.

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Volviendo a la pregunta de por qué sustituir los condensadores por pilas. Recordemos que, para el análisis de CA, los condensadores de derivación y de acoplamiento se consideran Cortocircuitos de CA es decir, las tensiones de CA en los condensadores son nulas.

Así, desde un total (DC + AC), las tensiones totales en los condensadores son constantes e iguales a sus tensiones de reposo.

En otras palabras, si asumimos que los condensadores son cortocircuitos de CA para el análisis de la señal, podemos sustituir los condensadores por fuentes de tensión constante, es decir baterías para este análisis de CC + CA.

Answer 2

Las líneas de carga muestran el comportamiento de los componentes lineales en el circuito. La línea de carga de CC da la relación I-V en el circuito equivalente de CC. La inversa de la pendiente de la línea de CC da la resistencia de carga de CC, \$R_E+R_C\$ .

Las líneas de carga de CA dan la relación I-V cuando se considera el modelo equivalente de CA. Pero la carga de CA vista por el amplificador, \$r_c=R_C||R_L\$ es diferente de la carga de CC y, por lo tanto, la pendiente de la línea de carga de CA es diferente. Pero estas dos líneas se cruzan en el punto donde la parte de la señal de CA se convierte en \$0\$ . es decir, en el punto Q.

• La línea de carga de CC es aplicable sólo cuando se considera el circuito equivalente de CC.

• Después de calcular el punto Q ( \$I_{CQ},V_{CEQ}\$ ) de la línea de carga de CC, \$I_{max}\$ y \$V_{max}\$ se puede calcular como, $$I_{max} = I_{CQ} + \frac{V_{CEQ}}{r_c}$$ $$V_{max} = V_{CEQ} + I_{CQ}r_c$$

• Poner el punto Q en el medio significa: \$I_{max} = 2I_{CQ}\$ y \$V_{max} = 2V_{CEQ}\$ . Comparando estas ecuaciones con las ecuaciones de \$I_{max}\$ y \$V_{max}\$ es evidente que el valor de \$r_c\$ debe ser \$V_{CEQ}/I_{CQ}\$ . Así que después de dibujar DC LL, seleccione el punto Q tal que $$\frac{V_{CEQ}}{I_{CQ}} = r_c$$ Esto fijará el punto Q en el centro de la AC LL.