¿Cómo se usa una línea de carga en el diseño de circuitos?

Este resumen educativo describirá cómo una línea de carga afecta el diseño del circuito y cómo analizar un circuito creando una carga a partir de una curva I-V.

Análisis de circuitos con diodos rectificadores, LED y transistores

Los circuitos que contienen componentes no lineales como los diodos rectificadores, los diodos emisores de luz (LED) o los transistores no pueden analizarse exhaustivamente utilizando técnicas que normalmente aplicamos a circuitos que consisten solo en resistencias, inductores y condensadores.

Por ejemplo, en el siguiente circuito, no podemos calcular con precisión el voltaje a través del diodo combinando las dos resistencias en REQ y luego aplicando la ley de Ohm.

Un ejemplo de circuito de diodos

En casos como estos, podemos realizar el análisis requerido dibujando un gráfico que consiste en un linea de carga y el característica corriente-voltaje (I – V) del dispositivo no lineal.

Para crear este gráfico, primero necesitamos conocer la relación I – V del dispositivo no lineal. Esta información se puede obtener de la hoja de datos del dispositivo, o podemos usar curvas que representan el comportamiento típico de los dispositivos que pertenecen a la categoría general que nos interesa, por ejemplo, diodos de silicio estándar o transistores NPN de bajo voltaje.

Luego creamos la línea de carga en función de los límites impuestos por otros elementos del circuito.

Crear una línea de carga desde una curva de diodo I – V

En el circuito de diodo que se muestra arriba, sabemos que el voltaje del diodo no puede ser mayor que el voltaje de suministro VS. También sabemos que la corriente del diodo no puede ser mayor que VS / REQ, porque la corriente del circuito está limitada a este valor por las resistencias; el diodo puede resistir aún más el flujo de corriente y, por lo tanto, crear un valor inferior a VS / REQ, pero no puede aumentar la corriente por encima del nivel establecido por las resistencias.

Por lo tanto, tenemos una restricción tanto para el voltaje caído a través del diodo como para la corriente que fluye a través del diodo. Todos los puntos que se encuentran en una línea recta entre estas dos restricciones representan posibles combinaciones de corriente y voltaje que son posibles dentro del contexto limitante de los elementos lineales en el circuito.

Un gráfico que muestra la intersección de la línea de carga y la curva I-V del diodo

Esta línea recta es lo que llamamos la línea de carga.

Solo uno de estos puntos corresponde a una combinación de corriente y voltaje que es posible dado el comportamiento eléctrico del diodo, que se describe mediante la "ecuación del diodo". Encontramos ese punto marcando la intersección de la línea de carga y la curva I-V del diodo, como se muestra a continuación. El punto de intersección corresponde al circuito punto de operación.

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