Su pregunta parece ser sobre beta o h FE . Sí, esto puede variar significativamente entre las partes, incluso desde el mismo lote de producción. También varía algo con la corriente del colector y el voltaje del colector (usando el emisor como referencia de 0 V). Sin embargo, para cualquier transistor, su ganancia en realidad varía bastante poco en función de la corriente del colector en un rango razonable, y suponiendo que el voltaje del colector se mantenga lo suficientemente alto.
El gran punto que parece estar perdiendo es que no debería preocuparse por la ganancia exacta. Un buen circuito con transistores bipolares funciona con la ganancia mínima garantizada sobre la región operativa prevista, pero de lo contrario funciona bien con la ganancia desde cualquier lugar hasta infinito. No está fuera de línea que ningún transistor en un punto operativo particular tenga 10 veces más ganancia que el mínimo garantizado por la hoja de datos. Después de tomar eso en cuenta en el diseño del circuito, en realidad es solo un paso menor para asegurarse de que el circuito funcione con la ganancia del transistor hasta el infinito.
Diseñar para un rango de ganancia tan amplio puede parecer difícil, pero en realidad no lo es. Básicamente hay dos casos. Cuando el transistor se usa como interruptor, entonces una corriente base mínima, calculada a partir de la ganancia mínima garantizada, lo conducirá a la saturación. Si la ganancia es mayor, entonces el transistor solo estará más saturado a la misma corriente base, pero todos los voltajes a través de él y las corrientes a través de él seguirán siendo más o menos los mismos. Dicho de otra manera, el resto del circuito (excepto en casos inusuales) no podrá distinguir la diferencia entre el transistor accionado 2x o 20x en saturación.
Cuando el transistor se usa en su región "lineal", se usa retroalimentación negativa para convertir la ganancia grande e impredecible en una ganancia más pequeña pero bien controlada. Este es el mismo principio utilizado con opamps. La retroalimentación de CC y CA puede ser diferente, con el primer ajuste del punto de operación , a veces denominado polarización del transistor, y el segundo control de lo que sucede cuando la señal deseada pasa a través del circuito.
Adicional:
Aquí hay un circuito de ejemplo que tolera un amplio rango de ganancia de transistor. Amplificará pequeñas señales de audio en aproximadamente 10x, y la salida será de alrededor de 6 V.
Para resolver esto manualmente, probablemente sea más fácil hacerlo de forma iterativa. Comience asumiendo que OUT es 6V, y trabaje desde allí. Como la ganancia es infinita, no hay corriente base, y el voltaje base lo establece directamente el divisor R1-R2 desde lo que sea OUT. El divisor tiene una ganancia de 1/6, por lo que la base está a 1.00 V. Menos la caída BE de 600 mV, que pone el emisor a 400 mV, y las corrientes del emisor y colector a 400 µA. La ruta R1-R2 consume 50 µA, por lo que el total extraído de OUT es de 450 µA, por lo que la caída a través de R3 es de 4.5 V, por lo que OUT está a 7.5 V. Ahora, realice los cálculos anteriores nuevamente suponiendo que OUT es de 7.5 V, y tal vez Una vez más después de eso. Verá que los resultados convergen rápidamente.
Este es en realidad uno de los pocos casos en que un simulador es útil. El principal problema con los simuladores es que le brindan respuestas muy precisas y autoritarias a pesar de que los parámetros de entrada son vagos. Sin embargo, en este caso queremos ver el efecto de cambiar solo la ganancia del transistor, por lo que un simulador puede encargarse de todo el trabajo de drudge para nosotros, como se realizó anteriormente. Todavía es útil pasar por el proceso en el párrafo anterior una vez para tener una idea de lo que está sucediendo, en lugar de solo mirar los resultados de una simulación a 4 decimales.
En cualquier caso, puede encontrar el punto de polarización de CC para el circuito anterior suponiendo una ganancia infinita. Ahora suponga una ganancia de 50 para el transistor y repita. Verá que el nivel DC de OUT solo cambia un poco.
Otra cosa a tener en cuenta es que hay dos formas de retroalimentación de CC, pero solo una para las señales de audio de CA.
Dado que la parte superior de R1 está conectada a OUT, proporciona una retroalimentación de CC que hace que el punto de operación sea más estable y menos sensible a las características exactas del transistor. Si OUT sube, la corriente en la base de Q1 sube, lo que genera más corriente de colector, lo que hace que OUT baje. Sin embargo, esta ruta de retroalimentación no se aplica a la señal de audio. La impedancia en el divisor R1-R2 es R1 // R2 = 17 kΩ. La frecuencia de caída del filtro de paso alto formada por C1 y estos 17 kΩ es de 9,5 Hz. Incluso a 20 Hz, R1 // R2 no es una gran carga en la señal que llega a través de C1, y se vuelve más irrelevante proporcional a la frecuencia. Dicho de otra manera, R1 y R2 ayudan a establecer el punto de polarización de CC, pero no se interponen en la señal de audio deseada.
En contraste, R4 proporciona retroalimentación negativa tanto para DC como para AC. Mientras la ganancia del transistor sea "grande", la corriente del emisor es lo suficientemente cercana a la corriente del colector. Esto significa que cualquier voltaje que esté a través de R4 aparecerá en R3 en proporción a sus resistencias. Como R3 es 10x R4, la señal a través de R3 será 10x la señal a través de R4. Como la parte superior de R4 está a 12 V, OUT es 12 V menos la señal a través de R3, que es 12 V menos 10 veces la señal a través de R4. Así es como este circuito logra una ganancia de CA bastante fija de 10 siempre que la ganancia del transistor sea significativamente mayor que eso, como 50 o más.
Siga adelante y simule este circuito mientras varía los parámetros del transistor. Observe tanto el punto de funcionamiento de CC como la función de transferencia general de IN a OUT de una señal de audio.
