AMPLIFICADOR EN EMISOR COMÚN

INVERSIÓN DE FASE

Como se muestra en la figura la señal de salida está desfasada 180º con respecto a la señal de entrada. A medida que el voltaje de la señal de entrada cambia, hace que cambie la corriente de ca en la base y el resultado es un cambio de la corriente en el colector a partir de su valor de punto Q. Si se incrementa la corriente en la base, la corriente en el colector se incrementa por encima de su valor de punto Q, lo que aumenta la caída de voltaje a través de RC. Este incremento del voltaje a través de RC indica que el voltaje en el colector se reduce a partir de su punto Q. Así que cualquier cambio en el voltaje de la señal de entrada produce un cambio opuesto en el voltaje de la señal en el colector, lo cual constituye una inversión de fase

ANÁLISIS EN CORRIENTE DIRECTA

La resistencia de cd de entrada en la base se determina de la siguiente manera:

Como entonces:

Por último:

ANÁLISIS EN CORRIENTE ALTERNA

La resistencia interna de una fuente de voltaje de cd es de cerca de 0 Ω porque mantiene un voltaje constante independiente de la carga (dentro de los límites); no se puede desarrollar voltaje de ca a través de ella, de modo que aparece como un corto de ca. Por eso una fuente de cd se conoce como tierra de ca.

VOLTAJE DE SEÑAL (CA) EN LA BASESi la resistencia interna de la fuente de ca es de 0 Ω, entonces todo el voltaje de la fuente aparece en la base. No obstante, si la fuente de ca no tiene una resistencia interna cero, entonces se deben tener en cuenta tres factores al determinar el voltaje de señal real en la base: la resistencia de fuente (Rs), la resistencia de polarización y la resistencia de entrada de ca en la base del transistor Rent(base).

Se simplifica combinando R1, R2 y Rent(base) en paralelo para obtener la resistencia de entrada, Rent(tot). La siguiente fórmula expresa la resistencia de entrada total:

RESISTENCIA DE ENTRADA EN LA BASE

El voltaje en la base es:

Además, como

•

Sustituyendo en su lugar Vb e Ib

Simplificando:

RESISTENCIA DE SALIDA

La resistencia de salida del amplificador en la configuración en emisor común es la resistencia “viendo” el colector y es aproximadamente igual al resistor en serie con el colector.

En realidad, Rsal = Rc ll r’c, pero como la resistencia interna de ca en el colector del transistor, r’c, es en general mucho más grande que Rc, la aproximación casi siempre es válida.

GANANCIA DE VOLTAJELa ganancia es el cociente de un voltaje de salida de ca en el colector (Vc) entre el voltaje de entrada de ca en la base (Vb).

•

Si miramos la figura observaremos que:

• y

Por consiguiente:

Simplificando:

ATENUACIÓNPara obtener la ganancia total del amplificador del voltaje de fuente al colector, debe incluirse la atenuación del circuito de entrada. Atenuación es la reducción del voltaje de señal a medida que pasa a través de un circuito y corresponde a una ganancia menor de 1. Suponga que una fuente produce una señal de entrada de 10 mV y su resistencia combinada con la resistencia de carga produce una señal de salida de 2 mV. En este caso, la atenuación es 10 mV/2mV = 5. Es decir, la señal de entrada se reduce por un factor de 5. Esto se expresa en función de la ganancia como 1/5 = 0.2. Esta atenuación es producida por la resistencia de la fuente y la resistencia de entrada total del amplificador que actúa como divisor de voltaje y se expresa como:

La ganancia de voltaje total del amplificador, A’v, es la ganancia de voltaje de la base al colector, Av, por el recíproco de la atenuación:

EFECTO DEL CAPACITOR DE PUENTEO EN EL EMISOR EN LA GANANCIA DE VOLTAJE

El capacitor de puenteo en paralelo con el emisor, el cual es C2 en la figura, constituye un corto efectivo para la señal de ca alrededor del resistor en paralelo con el emisor, por lo que éste se mantiene a tierra de ca, como se ha visto. Con el capacitor de puenteo, la ganancia de un amplificador dado es máxima e igual a RC/r’e. El valor del capacitor de puenteo debe ser suficientemente grande, de modo que su reactancia dentro del intervalo de frecuencia del amplificador sea muy pequeña (idealmente de 0 Ω) comparada con RE. Una buena regla empírica es que la XC del capacitor de puenteo debe ser por lo menos 10 veces más pequeña que RE a la frecuencia mínima a la cual el amplificador debe operar.

GANANCIA DE VOLTAJE SIN EL CAPACITOR DE PUENTEO

Sin el capacitor de puenteo, el emisor ya no está conectado a tierra de ca. En su lugar, RE es visto por la señal de ca entre el emisor y tierra y efectivamente se suma a r’e en la fórmula de ganancia de voltaje.

El efecto de RE es reducir la ganancia de voltaje en ca.

EFECTO DE UNA CARGA EN LA GANANCIA DE VOLTAJE

Una carga es la cantidad de corriente redemandada en la salida de un amplificador u otro circuito mediante una resistencia de carga. La resistencia del colector a la frecuencia de la señal es efectivamente RC en paralelo con RL. Recuerde que el extremo superior de RC está en realidad conectado a tierra de ca.

Si se reemplaza RC por Rc en la expresión para ganancia de voltaje se obtiene:

Cuando Rc < RC a causa de RL, la ganancia de voltaje se reduce. No obstante, si RL >> RC, entonces y la carga tiene muy poco efecto en la ganancia.

ESTABILIDAD DE LA GANANCIA DE VOLTAJE

La estabilidad es una medida de qué tan bien un amplificador mantiene sus valores de diseño bajo cambios de temperatura o con un transistor con β diferente. Aun cuando el puenteo de RE no produce la ganancia de voltaje máxima, existe un problema de estabilidad porque la ganancia de voltaje de ca depende de r’e puesto que Av = RC/r’e. Asimismo r’e depende de IE y de la temperatura. Esto hace que la ganancia sea inestable con cambios de temperatura porque cuando r’e se incrementa, la ganancia se reduce y viceversa.

Sin capacitor de puenteo, la ganancia se reduce porque ahora RE está en el circuito de ca (Av = RC/(r’e + RE)). Sin embargo, con RE no evitado, la ganancia es mucho menos dependiente de r’e. Si RE >> r’e la ganancia es esencialmente independiente de r’e porque:

COMPENSACIÓN PARA VARIACIONES DE TEMPERATURA (SWAMPING) DE r’E PARA ESTABILIZAR LA GANANCIA DE VOLTAJE.

La compensación para variaciones de temperatura es un método utilizado para reducir al mínimo el efecto de r’e sin reducir la ganancia de voltaje a su valor mínimo. En un amplificador compensado para variaciones de temperatura, RE es parcialmente puenteado para lograr una ganancia razonable y el efecto de r’e en la ganancia se reduce en gran medida o incluso se elimina. La resistencia externa total RE en el emisor se forma con dos resistores en serie en el emisor, RE1 y RE2. Uno de los resistores, RE2 es evitado y el otro no. Ambos resistores (RE1 + RE2) afectan la polarización en cd en tanto que sólo RE1 afecta la ganancia de voltaje en ca.

Si RE1 es por lo menos diez veces más grande que r’e, entonces el efecto de r’e se reduce al mínimo y:

EL EFECTO DE LA COMPENSACIÓN PARA VARIACIONES DE TEMPERATURA EN LA RESISTENCIA DE ENTRADA DEL

AMPLIFICADOR

Cuando la resistencia del emisor es parcialmente puenteada, la parte de la resistencia no puenteada es vista por la señal de ca y se incrementa la resistencia de ca de entrada al aparecer en serie con r’e. La fórmula es:

GANANCIA DE CORRIENTE

La ganancia de corriente de la base al colector es Ic/ Ib o βca. Sin embargo, la ganancia de corriente total del amplificador en emisor común es:

Is es la corriente de entrada de señal total producida por la fuente, una parte de la cual (Ib) es la corriente en la base y otra parte (Ipolarización) circula a través del circuito de polarización (R1 || R2). La fuente “ve” una resistencia total de Rs + Rent(tot). La corriente total producida por la fuente es:

GANANCIA DE POTENCIA

La ganancia de potencia total es el producto de la ganancia de voltaje total por la ganancia de corriente total (Ai).

• Donde A’v = Vc/Vs