Que Es Un Transistor Activo Fuente De Corriente Constante - Aplicaciones, Fundamentos Y Dependencia.

Las fuentes de corriente constante activas se utilizan a menudo en el diseño de circuitos electrónicos. Algunos circuitos de corriente constante pueden realizarse utilizando muy pocos componentes electrónicos, pero otros que proporcionan un mayor rendimiento pueden utilizar algunos más.

La fuente de corriente constante más sencilla utiliza un único componente electrónico: una resistencia, pero a menudo las fuentes de corriente constante utilizan transistores, aunque también se pueden utilizar FETs y, en su caso, sintonizadores de vacío de válvulas termoiónicas.

Es posible hacer una fuente de corriente constante activa utilizando un solo transistor y un par de resistencias, aunque también hay diseños más completos que utilizan unos pocos componentes electrónicos adicionales.

Qué es una fuente de corriente constante

El elemento básico es una fuente de corriente y se trata de un elemento o bloque dentro de un circuito cuya función es proporcionar corriente, centrándose principalmente en proporcionar corriente en lugar de tensión.

El elemento más útil en términos de suministro de corriente es lo que se llama una fuente de corriente constante. Esta entidad proporciona un nivel específico de corriente, independientemente de la impedancia de la carga a la que conduce la corriente.

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Una fuente de corriente constante teórica será capaz de proporcionar la corriente constante totalmente independientemente de la impedancia. Pueden surgir problemas cuando se encuentran niveles de impedancia muy elevados o incluso circuitos abiertos, ya que pueden ser necesarias tensiones muy altas para alcanzar los niveles de corriente requeridos.

En vista de esto, las fuentes de corriente constante reales tienen limitaciones en el rango de niveles de impedancia en los que pueden proporcionar una corriente constante.

En cuanto al gráfico I-V de la salida de una fuente de corriente constante, la característica se representa mediante una línea recta.

Hay dos tipos de fuentes de corriente constante:

1. Fuente de corriente independiente: En esta forma de fuente de corriente, la corriente es independiente de cualquier variable del circuito. En otras palabras, produce una corriente fija.
2. Fuente de corriente controlada: Esta forma de dispositivo de corriente constante produce un nivel de corriente que puede ser controlado por un factor externo, como una tensión de control, pero será capaz de suministrar el nivel de corriente requerido independientemente de la carga.

Aplicaciones de las fuentes de corriente activas

Las fuentes de corriente son necesarias en diferentes áreas del diseño de circuitos electrónicos.

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Las fuentes de corriente pueden utilizarse para polarizar transistores y también como cargas activas para etapas de amplificación de alta ganancia. También pueden utilizarse como fuentes de emisor para amplificadores diferenciales; por ejemplo, pueden utilizarse en el par de transistores de cola larga.

También pueden utilizarse como enlaces de pull-up de amplio rango de tensión dentro de las fuentes de alimentación y otros circuitos de amplio rango de tensión. Si se utilizaran resistencias ordinarias, la corriente variaría considerablemente a lo largo del rango de tensión.

Un ejemplo común del uso de las fuentes de corriente es el accionamiento de un diodo Zener en un circuito regulador. Mantener la corriente constante independientemente de la corriente tomada por el transistor de paso en serie en el circuito ayuda a mantener un nivel de regulación mucho mejor.

También se necesitan fuentes de corriente independientes en procesos que incluyen la electroquímica y la electroforesis.

De esta manera se puede ver que una fuente de corriente constante es un bloque de circuito importante utilizado en una amplia variedad de áreas en el diseño de circuitos electrónicos.

Circuito simple de fuente de corriente con resistencia

La forma más sencilla de circuito de corriente constante utiliza un único componente electrónico: una resistencia. Si la tensión de la fuente es mucho más alta que la tensión en la que se requiere la corriente, entonces la corriente de salida será casi independiente de la carga.

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Para la fuente de corriente constante perfecta, la fuente de tensión tendría una tensión infinita y la resistencia tendría una resistencia infinita.

Para las aplicaciones prácticas, la tensión y la resistencia deben permitir que la corriente sea lo suficientemente constante en el rango de carga requerido.

Para el circuito anterior, la corriente puede calcularse muy fácilmente ya que es aproximadamente I = V / R porque Vload (la tensión a través de la carga) es mucho menor que V (la tensión de la fuente).

Esta forma simple de fuente de corriente tiene muchas limitaciones:

• -Los altos valores de resistencia necesarios disipan la energía haciendo que los circuitos sean ineficientes.
• -Se necesitan altos voltajes de la fuente y no siempre son fáciles de conseguir.
• -Las variaciones en la carga pueden causar algunas variaciones de corriente si no se dispone de valores suficientemente altos de tensión de fuente.

En vista de estas limitaciones, esta simple fuente de corriente constante no se utiliza ampliamente cuando se necesita una verdadera corriente constante.

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Para conseguir un mejor rendimiento con una fuente de tensión más baja y con una menor disipación de energía, aunque con unos cuantos componentes electrónicos adicionales, se utiliza más un circuito de corriente constante activa, que proporciona un mejor rendimiento general para la mayoría de los requisitos prácticos.

Fundamentos de la fuente de corriente constante activa con transistor

El simple uso de un transistor permite hacer una fuente de corriente mucho más eficaz utilizando sólo unos pocos componentes electrónicos adicionales, incluyendo un transistor, y algunas resistencias y unas pocas ecuaciones simples para el diseño del circuito electrónico.

La fuente de corriente funciona gracias a que la corriente de colector en un circuito de transistor es Β veces la corriente de base. Esto es independiente de la tensión de colector, siempre que haya suficiente tensión para conducir la corriente a través del dispositivo de carga en el colector.

En este circuito, la corriente de colector es β veces la corriente de base. Normalmente β es grande y, por tanto, se puede suponer que la corriente de emisor que es (β + 1) veces la corriente de base y la corriente de colector que es β veces la corriente de base son iguales.

Teniendo en cuenta esto, es muy sencillo diseñar el circuito para una corriente determinada.

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Ajustando las resistencias R1 y R2 es posible fijar la tensión de base. La tensión de emisor será de 0,6 voltios menos, suponiendo un transistor de silicio. Conociendo la tensión de emisor, es posible calcular la corriente de emisor a partir de un simple conocimiento de la ley de Ohms.

Circuito simple de fuente de corriente activa estabilizada

Para eliminar cualquier fluctuación en la corriente derivada de los cambios en la tensión de alimentación, es sencillo añadir algo de regulación al circuito básico cambiando algunos de los componentes electrónicos. Esto se consigue sustituyendo R2 por un diodo Zener o de referencia de tensión.

Se aplican las mismas ecuaciones que antes, pero la única diferencia es que la tensión de base se mantiene a un nivel más constante como resultado de la presencia del diodo Zener, de referencia de tensión.

Dependencia de la temperatura de la fuente de corriente activa

Una de las principales desventajas de la fuente de corriente activa básica es que depende en cierta medida de la temperatura. Para muchas aplicaciones esto puede no ser importante, pero cuando se necesitan condiciones muy controladas, el rendimiento de la temperatura puede ser muy importante.

Hay dos variaciones principales que se producen:

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Variaciones de Vbe con respecto a la temperatura: Los efectos del cambio de Vbe causado por la temperatura son aproximadamente -2mV/°C. Esto se traduce en una variación de Vce. Es posible calcular una relación aproximada: ΔVbe es aproximadamente igual a -0,0001ΔVce.

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Esto se puede minimizar eligiendo un valor de resistencia de emisor lo suficientemente grande como para asegurar que los cambios de tensión de emisor de decenas de milivoltios sólo sean una pequeña proporción de la tensión total de emisor.

Sin embargo, hay que tener cuidado para asegurar que todavía hay suficiente tensión restante entre el colector y el carril para conducir la corriente a través de la carga y tomar cualquier variación en la tensión de alimentación.

Variaciones de β con respecto a la temperatura: Esto puede no ser un problema importante y cualquier variación puede minimizarse eligiendo un transistor con un valor alto de Β / Hfe. De esta forma se minimiza la contribución de la corriente de base a la corriente de emisor y se reducen las variaciones en la medida de lo posible.

Circuitos de fuentes de corriente activas con buena estabilidad de temperatura

Es posible diseñar circuitos de fuente de corriente activa de transistor en los que la estabilidad de temperatura inherente es mejor que la de los circuitos simples dados anteriormente.

Uno de los circuitos más sencillos es el que utiliza tanto transistores NPN como PNP. En el circuito mostrado, los cambios de caída de tensión Vbe en TR1 se compensan con los de TR2. Hay que tener en cuenta en este circuito que R3 es una resistencia pull up para el colector de TR1 porque la base de TR2 puede absorber corriente pero no generarla.

Todos los circuitos anteriores incluyen transistores, pero también se pueden utilizar otros componentes electrónicos activos, como los FET e incluso los tubos de vacío o las válvulas termoiónicas. Cuando se utilizan otros componentes electrónicos como dispositivo activo en una fuente de corriente, los arreglos de polarización y el circuito deben tener en cuenta el hecho de que tanto los FET como las válvulas/tubos son accionados por tensión en lugar de por corriente. No obstante, pueden utilizarse con la misma eficacia.

Las fuentes de corriente activas de transistores se utilizan en muchos ámbitos, especialmente en los circuitos integrados y en algunos cargadores de baterías. Permiten suministrar una corriente fija o controlada independientemente de la tensión (dentro de unos límites) y, como tal, son muy útiles.