Análisis de ejemplo: Principio de funcionamiento de un circuito de compensación de temperatura con diodo
Como es bien sabido, tras la conducción en una unión PN, se produce una caída de tensión de aproximadamente 0,6 V (para una unión PN de silicio). La unión PN presenta una característica dependiente de la temperatura: tras la conducción, la caída de tensión en la unión PN es prácticamente constante, aunque no absoluta. A medida que aumenta la temperatura, la caída de tensión en la unión PN disminuye ligeramente; cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la disminución. Por supuesto, el valor absoluto de esta variación de tensión es muy pequeño en comparación con 0,6 V. Aprovechando esta característica, se puede diseñar un circuito de compensación de temperatura.
La siguiente figura muestra un circuito de compensación de temperatura construido utilizando las características de temperatura de un diodo.
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En el análisis de circuitos, familiarizarse con los bloques funcionales formados por componentes como VT1 (VT1 y sus componentes relacionados forman un amplificador) es fundamental para comprender el principio de funcionamiento de VD1. Una vez comprendida la función del bloque básico, el análisis completo del circuito puede realizarse a su alrededor con mayor claridad y eficiencia.
1. Principios de funcionamiento del circuito más profundos que deben comprenderse
Para analizar el principio de funcionamiento de este circuito, es necesario comprender los dos principios más profundos siguientes:
(1) VT1 y sus componentes relacionados forman un circuito amplificador. Un amplificador requiere una buena estabilidad operativa. Un requisito clave es que, al variar la temperatura, la corriente de reposo del transistor no cambie; es decir, la corriente de base de VT1 no debe variar con la temperatura. De lo contrario, la estabilidad operativa es deficiente. Comprender este requisito de temperatura de los amplificadores es crucial para entender el principio de compensación de temperatura que forma VD1.
(2) El transistor VT1 presenta una característica indeseable relacionada con la temperatura: a medida que aumenta la temperatura, la corriente de base de VT1 también aumenta. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la corriente de base. Por el contrario, cuando la temperatura disminuye, la corriente de base se reduce. Evidentemente, el transistor VT1 presenta una baja estabilidad térmica. Por lo tanto, la baja estabilidad térmica del amplificador se debe a las características térmicas del transistor.
2. Análisis del circuito de polarización del transistor
En el circuito, cuando el transistor VT1 opera en la región de amplificación, requiere una tensión de polarización de CC determinada, que es proporcionada por el circuito de polarización.
En el circuito, R1, VD1 y R2 forman un divisor de tensión que proporciona la tensión de CC de operación para la base del transistor VT1. La magnitud de la tensión de base determina la magnitud de la corriente de base de VT1.
Nota importante
Si no se considera la influencia de la temperatura y la tensión de alimentación de CC +V permanece constante, la tensión de base de CC de VT1 es estable y la corriente de base de CC del transistor VT1 permanece invariable. En estas condiciones, el transistor puede operar de forma estable.
Al analizar el principio de funcionamiento del diodo VD1, es necesario aclarar un punto más: VT1 es un transistor NPN. Un voltaje de base de CC más alto resulta en una corriente de base mayor; por el contrario, un voltaje de base más bajo resulta en una corriente de base menor.
3. Análisis del circuito de compensación de temperatura del diodo VD1
Según la posición del diodo VD1 en el circuito, el análisis de su principio de funcionamiento se centra principalmente en los siguientes puntos:
(1) El ánodo de VD1 está conectado a la tensión de alimentación de CC +V a través de R1, y su cátodo está conectado a tierra a través de R2. Bajo la acción de la tensión de alimentación de CC +V, VD1 se encuentra, por lo tanto, en polarización directa (conducción). El punto clave para la conducción del diodo es que el voltaje en el ánodo es mayor que el voltaje en el cátodo.
(2) No es correcto explicar la función de VD1 en el circuito simplemente utilizando la caída de voltaje directa de 0,6 V del diodo. Ajustando los valores de resistencia de R1 y R2, se puede obtener la tensión de CC necesaria para la base de VT1. No sería necesario insertar el diodo VD1 en serie únicamente para ajustar la tensión de base de VT1.
(3) La función de VD1 en el circuito se puede explicar correctamente utilizando la característica de temperatura de la caída de tensión directa del diodo. Supongamos que la temperatura aumenta. Según las características del transistor, la corriente de base de VT1 aumentará. Cuando la temperatura aumenta, la caída de tensión directa del diodo VD1 disminuye ligeramente. Esta disminución en la tensión directa de VD1 provoca una ligera disminución de la tensión de base de VT1, lo que a su vez provoca una disminución de la corriente de base de VT1. De este análisis, se puede observar que, tras añadir el diodo VD1, la tendencia original de la corriente de base de VT1 a aumentar con la temperatura se contrarresta mediante el circuito VD1, lo que reduce la corriente de base en cierta medida. De esta forma, se estabiliza la corriente de base del transistor VT1, por lo que VD1 proporciona una función de compensación de temperatura.
(4) La escasa estabilidad térmica del transistor también se manifiesta cuando la temperatura desciende. Al bajar la temperatura, la corriente de base del transistor VT1 tiende a disminuir, lo que también es un indicio de baja estabilidad térmica. Tras conectar el diodo VD1, al descender la temperatura, su caída de tensión directa aumenta ligeramente, lo que provoca un incremento de la tensión de operación de base de CC de VT1. Como resultado, la corriente de base de VT1 aumenta. Esto también compensa la inestabilidad de VT1 cuando la temperatura desciende.
4. Detalles del análisis del circuito
Los detalles del análisis del circuito se explican a continuación.
(1) En el análisis de circuitos, si la función de un componente puede explicarse razonablemente mediante una de sus características intrínsecas, es probable que el análisis sea correcto. Por ejemplo, en el análisis anterior, solo la característica de temperatura del diodo puede explicar razonablemente la función de VD1 en el circuito.
(2) La compensación de temperatura en un circuito de compensación de temperatura es bidireccional; es decir, puede compensar la inestabilidad del circuito causada tanto por un aumento como por una disminución de la temperatura.
(3) Al analizar el principio de funcionamiento de un circuito de compensación de temperatura, se debe asumir un aumento o una disminución de la temperatura y, a continuación, analizar la respuesta del circuito para obtener el comportamiento de retroalimentación correcto. En el análisis práctico, basta con asumir un aumento de temperatura al analizar la compensación; no es necesario analizar el caso de disminución de temperatura por separado, ya que el enfoque y el proceso de análisis son similares: los cambios en cada paso simplemente se producen en la dirección opuesta.
(4) En el análisis del circuito anterior, la unión PN entre la base y el emisor de VT1 (la unión emisor-base) presenta características de temperatura similares a las del diodo VD1, dado que ambas son estructuras de unión PN. Por lo tanto, el efecto de compensación de temperatura es relativamente bueno.
(5) En el circuito anterior, el diodo VD1 no estabiliza las fluctuaciones de la tensión de alimentación de CC +V. Por consiguiente, no puede compensar la inestabilidad en la corriente de funcionamiento de la base de CC de VT1 causada por las variaciones de la tensión de alimentación de CC +V.
La siguiente figura muestra un circuito de compensación de temperatura construido utilizando las características de temperatura de un diodo.
En el análisis de circuitos, familiarizarse con los bloques funcionales formados por componentes como VT1 (VT1 y sus componentes relacionados forman un amplificador) es fundamental para comprender el principio de funcionamiento de VD1. Una vez comprendida la función del bloque básico, el análisis completo del circuito puede realizarse a su alrededor con mayor claridad y eficiencia.
1. Principios de funcionamiento del circuito más profundos que deben comprenderse
Para analizar el principio de funcionamiento de este circuito, es necesario comprender los dos principios más profundos siguientes:
(1) VT1 y sus componentes relacionados forman un circuito amplificador. Un amplificador requiere una buena estabilidad operativa. Un requisito clave es que, al variar la temperatura, la corriente de reposo del transistor no cambie; es decir, la corriente de base de VT1 no debe variar con la temperatura. De lo contrario, la estabilidad operativa es deficiente. Comprender este requisito de temperatura de los amplificadores es crucial para entender el principio de compensación de temperatura que forma VD1.
(2) El transistor VT1 presenta una característica indeseable relacionada con la temperatura: a medida que aumenta la temperatura, la corriente de base de VT1 también aumenta. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la corriente de base. Por el contrario, cuando la temperatura disminuye, la corriente de base se reduce. Evidentemente, el transistor VT1 presenta una baja estabilidad térmica. Por lo tanto, la baja estabilidad térmica del amplificador se debe a las características térmicas del transistor.
2. Análisis del circuito de polarización del transistor
En el circuito, cuando el transistor VT1 opera en la región de amplificación, requiere una tensión de polarización de CC determinada, que es proporcionada por el circuito de polarización.
En el circuito, R1, VD1 y R2 forman un divisor de tensión que proporciona la tensión de CC de operación para la base del transistor VT1. La magnitud de la tensión de base determina la magnitud de la corriente de base de VT1.
Nota importante
Si no se considera la influencia de la temperatura y la tensión de alimentación de CC +V permanece constante, la tensión de base de CC de VT1 es estable y la corriente de base de CC del transistor VT1 permanece invariable. En estas condiciones, el transistor puede operar de forma estable.
Al analizar el principio de funcionamiento del diodo VD1, es necesario aclarar un punto más: VT1 es un transistor NPN. Un voltaje de base de CC más alto resulta en una corriente de base mayor; por el contrario, un voltaje de base más bajo resulta en una corriente de base menor.
3. Análisis del circuito de compensación de temperatura del diodo VD1
Según la posición del diodo VD1 en el circuito, el análisis de su principio de funcionamiento se centra principalmente en los siguientes puntos:
(1) El ánodo de VD1 está conectado a la tensión de alimentación de CC +V a través de R1, y su cátodo está conectado a tierra a través de R2. Bajo la acción de la tensión de alimentación de CC +V, VD1 se encuentra, por lo tanto, en polarización directa (conducción). El punto clave para la conducción del diodo es que el voltaje en el ánodo es mayor que el voltaje en el cátodo.
(2) No es correcto explicar la función de VD1 en el circuito simplemente utilizando la caída de voltaje directa de 0,6 V del diodo. Ajustando los valores de resistencia de R1 y R2, se puede obtener la tensión de CC necesaria para la base de VT1. No sería necesario insertar el diodo VD1 en serie únicamente para ajustar la tensión de base de VT1.
(3) La función de VD1 en el circuito se puede explicar correctamente utilizando la característica de temperatura de la caída de tensión directa del diodo. Supongamos que la temperatura aumenta. Según las características del transistor, la corriente de base de VT1 aumentará. Cuando la temperatura aumenta, la caída de tensión directa del diodo VD1 disminuye ligeramente. Esta disminución en la tensión directa de VD1 provoca una ligera disminución de la tensión de base de VT1, lo que a su vez provoca una disminución de la corriente de base de VT1. De este análisis, se puede observar que, tras añadir el diodo VD1, la tendencia original de la corriente de base de VT1 a aumentar con la temperatura se contrarresta mediante el circuito VD1, lo que reduce la corriente de base en cierta medida. De esta forma, se estabiliza la corriente de base del transistor VT1, por lo que VD1 proporciona una función de compensación de temperatura.
(4) La escasa estabilidad térmica del transistor también se manifiesta cuando la temperatura desciende. Al bajar la temperatura, la corriente de base del transistor VT1 tiende a disminuir, lo que también es un indicio de baja estabilidad térmica. Tras conectar el diodo VD1, al descender la temperatura, su caída de tensión directa aumenta ligeramente, lo que provoca un incremento de la tensión de operación de base de CC de VT1. Como resultado, la corriente de base de VT1 aumenta. Esto también compensa la inestabilidad de VT1 cuando la temperatura desciende.
4. Detalles del análisis del circuito
Los detalles del análisis del circuito se explican a continuación.
(1) En el análisis de circuitos, si la función de un componente puede explicarse razonablemente mediante una de sus características intrínsecas, es probable que el análisis sea correcto. Por ejemplo, en el análisis anterior, solo la característica de temperatura del diodo puede explicar razonablemente la función de VD1 en el circuito.
(2) La compensación de temperatura en un circuito de compensación de temperatura es bidireccional; es decir, puede compensar la inestabilidad del circuito causada tanto por un aumento como por una disminución de la temperatura.
(3) Al analizar el principio de funcionamiento de un circuito de compensación de temperatura, se debe asumir un aumento o una disminución de la temperatura y, a continuación, analizar la respuesta del circuito para obtener el comportamiento de retroalimentación correcto. En el análisis práctico, basta con asumir un aumento de temperatura al analizar la compensación; no es necesario analizar el caso de disminución de temperatura por separado, ya que el enfoque y el proceso de análisis son similares: los cambios en cada paso simplemente se producen en la dirección opuesta.
(4) En el análisis del circuito anterior, la unión PN entre la base y el emisor de VT1 (la unión emisor-base) presenta características de temperatura similares a las del diodo VD1, dado que ambas son estructuras de unión PN. Por lo tanto, el efecto de compensación de temperatura es relativamente bueno.
(5) En el circuito anterior, el diodo VD1 no estabiliza las fluctuaciones de la tensión de alimentación de CC +V. Por consiguiente, no puede compensar la inestabilidad en la corriente de funcionamiento de la base de CC de VT1 causada por las variaciones de la tensión de alimentación de CC +V.
05 May 2026
