Method 6: Natural Experiments/Instrumental Variable Estimates

Hasta  este  punto  las  discusiones  se  han  enfocado  en  el  análisis  de  las  redes  existentes.  Todos  los  elementos  están  en  su  lugar  y  es  simplemente  asunto  de  resolver  para los niveles de voltaje y corriente de la configuración. El proceso de diseño es donde  puede  especificarse  una  comente  y/o  un  voltaje  y  donde  deben  determinarse  los  elementos requeridos para establecer los niveles Ideados. Este proceso de síntesis supone  un claro entendimiento de las características del Impositivo, las ecuaciones básicas para la  red y un firme conocimiento de las leyes básicas del análisis de circuitos, la ley de Ohm, la  ley de voltaje de Kirchhoff, etc. En la mayoría de las situaciones el proceso mental se pone  a prueba en alto grado en la operación de diseño más que en la secuencia de análisis. La  trayectoria  hacia  una  solución  es  menos  definida  y  de  hecho  puede  requerir  algunas  suposiciones básicas que no se pueden hacer analizando sencillamente una red. 

aproximación  válida  si  se  toma  en  consideración  las  tolerancias  normalmente  asociadas  con los elementos resistivos y los parámetros del transistor.    Si se van a determinar los valores resistivos, una de las ecuaciones más poderosas  es sencillamente la ley de Ohm en la forma siguiente:  Rdesconocida = VR / IR  (5.46)   

En  un  diseño  particular,  el  voltaje  a  través  de  un  resistor  puede  determinarse  a  menudo a partir de los niveles especificados. Si otras especificaciones definen el nivel de  comente, la ecuación (5,46) puede entonces utilizarse para calcular el nivel de resistencia  requerido.  Los  ejemplos  iníciales  demostrarán  cómo  elementos  particulares  pueden  determinarse  a  partir  de  nivel  especificados.  Luego  se  introducirá  un  procedimiento  completo de diseño para un par de configuraciones comunes.    Ejemplo:  Dadas las características del dispositivo de la figura 5.36a, determine VCC, RB y RC  para la configuración de polarización fija de la figura 5.36b.      Figura 5.36    Solución  De la recta de carga 

     Ejemplo:  Dados ICQ = 2 mA y VCEQ = 10 V, determine R1 y RC para la red de la figura 5.37      Figura 5.37 

Solución 

Los  valores  comerciales  estándar  más  próximos  para  R1  son  82  k  y  91  k  .  Sin  embargo, haciendo uso de la combinación en serie de los valores estándar de 82 k y 4.7 k =  86.7 k resultaría en un valor muy cercano al nivel diseñado.     Ejemplo:  La configuración con la polarización de emisor de la figura 5.38 tiene las siguiente s  especificaciones: ICQ = ½ ICsat, ICsat = 8 mA, VC = 18 V y  β = 110. Determine RC, RE y RB.      Figura 5.38 

Solución 

El  análisis  siguiente  presenta  una  técnica  para  diseñar  un  circuito  completo  para  operar en un punto de polarización específico. Con frecuencia las hojas de especificaciones 

En la práctica real, muchos otros factores tienen que considerarse y pueden influir  en  la  selección  del  punto  de  operación  que  se  desea.  Sin  embargo,  por  el  momento  nos  concentraremos en la determinación de los valores de los componentes para obtener un  punto  de  operación  especificado.  El  análisis  se  limitará  a  las  configuraciones  de  polarización de emisor y de polarización de divisor de voltaje, aun cuando el procedimiento  puede aplicarse a otros circuitos de transistores. 

Diseño  de  un  circuito  de  polarización  con  resistencia  de  retroalimentación  en  emisor 

Considérese  primero  el  diseño  de  los  componentes  de  polarización  de  cd  de  un  circuito  amplificador  que  tiene  estabilización  de  polarización  por  resistencia  de  emisor  (véase la figura 5.39), El voltaje de alimentación y el punto de operación se seleccionarán a  partir de la información del fabricante sobre el transistor utilizado en el amplificador.      Figura 5.39 Circuito de polarización con estabilización de emisor para consideraciones de diseño.      

La  selección  de  las  resistencias  de  colector  y  emisor  no  puede  desprenderse  directamente de la información que acaba de especificarse. La ecuación que relaciona los  voltajes  alrededor  de  la  malla  colector‐emisor,  tiene  dos  cantidades  desconocidas:  los  valores  de  las  resistencias  de  colector  y  emisor,  RC  y  RE.  En  este  punto  debe  hacerse  alguna evaluación de ingeniería, como la del nivel del voltaje de emisor comparado con el  voltaje de la fuente aplicada. Recuérdese que la necesidad de incluir un resistor del emisor  a tierra fue brindar un medio de estabilización de la polarización de cd de manera que el  cambio de la comente de colector debido a las corrientes de fuga en el transistor y la  del  mismo  no  ocasionarían  un  gran  corrimiento  (si  lo  hay)  en  el  punto  de  operación.  La  resistencia  del  emisor  no  puede  ser  irrazonablemente  grande  porque  el  voltaje  que  se  genera  en  él  limita  el  nivel  de  la  excursión  del  voltaje  del  colector  al  emisor  (que  se  mencionará  cuando  se  discuta  la  respuesta  de  ca).  Los  ejemplos  examinados  en  este  capitulo  revelan  que  el  voltaje  de  emisor  a  tierra  esta  por  lo  regular  alrededor  de  una 

cuarta o una décima parte de la fuente de voltaje. Seleccionando el caso conservador de  una décima parte, nos permitirá calcular el resistor de emisor RE y el resistor RC de manera  semejante  a  los  ejemplos  apenas  vistos.  En  el  siguiente  ejemplo  realizaremos  un  diseño  completo  de  la  red  de  la  figura  5.39  empleando  los  criterios  recientemente  introducidos  para el voltaje de emisor.     Ejemplo  Determine los valores de los resistores para la red de la figura 5.39, para la fuente  de voltaje y el punto de operación indicados.    Solución         Diseño de un circuito de ganancia en corriente estabilizada (independiente de β)  El  circuito  de  la  figura  5.40  brinda  estabilización  tanto  para  la  corriente  de  fuga  como para los cambios en la ganancia de corriente B. El valor de las cuatro resistencias que  se  muestran  debe  obtenerse  para  un  punto  de  operación  especificado.  El  criterio  de  ingeniería en la selección de un valor para el voltaje de emisor, VE, como en el criterio de  diseño  previo  conduce  a  una  simple  solución  directa  para  todos  los  valores  de  la  resistencia. Todos los pasos de diseño se muestran en el siguiente ejemplo. 

  Figura 5.40 Circuito con estabilización de ganancia de corriente para consideraciones de diseño.        Ejemplo:  Determine los niveles RC, RE, R1 y R2 para la red de la figura 5.40, para el punto de  operación indicado.    Solución       Las ecuaciones para los cálculos de los resistores de base R1 y R2 requerirán de un  poco  de  consideración.  Usando  el  valor  del  voltaje  de  base  calculado  anteriormente  y  el  valor de la fuente de voltaje se obtendrá una ecuación, pero existen dos incógnitas, R1 y 

R2.  Se  puede  tener una ecuación  adicional mediante  el conocimiento de  la  operación de 

estos dos resistores al proveer el voltaje de base necesario. Para que el circuito opere con  eficacia, se supone que la corriente a través de R1 y R2 debe ser aproximadamente igual y  mucho mayor que la corriente de base (al menos en proporción de 10:1). Este hecho y la  ecuación  de  di  visor  de  voltaje  para  el  voltaje  de  base  proporcionan  las  dos  relaciones  necesarias para determinar los resistores de base. Es decir, 

5.6   Conmutación con transistores. 

La  aplicación  de  los  transistores  no  se  limita  solamente  a  la  amplificación  de  las  señales.  Por  medio  de  un  diseño  adecuado  pueden  utilizarse  como  interruptor  para  aplicaciones de control y computadoras. La red de la figura 5.41a puede emplearse como  un  inversor  en  circuitos  lógicos  de  computadoras.  Nótese  que  el  voltaje  de  salida  VC  es  opuesto al que se aplica a la base o terminal de entrada. Además, adviértase la ausencia de  una  fuente  de  cd  conectada  al  circuito  de  base.  La  única  fuente  de  cd  está  conectada  al  extremo de colector o salida, y para las aplicaciones de computadoras es típicamente igual  a la magnitud del flanco de subida de la señal de salida, en este caso de 5 V.