ELECTRÓNICA.

Amplificar es un arte, llevo haciendolo toda la vida y aún así no lo domino. Son muchos los conceptos a los que hay que prestar atención Y muchas las fórmulas que tienes que tener en cuenta. Por fortuna para tí, soy lo que se dice una persona que siempre está intentando enseñar una técnica de manera sencilla y por fortuna he recopilado una serie de pasos a tener en cuenta en el proceso de amplificación.

Distorsión.

El principio de funcionamiento del amplificador se basa en que por un lado del amplificador entra una señal alterna de un nivel y por el otro lado sale una señal alterna de otro nivel más elevado.

Una señal alterna se inyecta a la entrada y a la salida se obtiene una señal más grande y con inversión de fase (según amplificador). Pero, ¿cómo se produce la amplificación de la señal? Pues la realidad es un poco frustante: es un heterodinaje con continua.

La señal de entrada se aplica al transistor del amplificador a través del diodo emisor, es decir a través de la base del transistor. Dependiendo del nivel de la señal de entrada, se reflejada a la salida de manera eficaz sino es deformada en la entrada.

Es importante indicar que la señal que se aplica a la base, dependiendo del nivel polarización que presente el diodo, la señal se plasmará en la tensión base - emisor del diodo emisor. Y si te fijas en la curva de entrada del diodo emisor, esta curva no es rectilínea, sino que tiene una curvatura que depende de la constitucion de la barrera de potencial de dicho diodo emisor. Por eso mismo la tensión que se refleja en dicho diodo depende de la tensión de polarización y el estado de la curvatura. Mientras la señal se refleje en la parte más recta de la curva, mejor será la representación de la tensión del diodo emisor de la señal. Mientras más cerca de la curvatura se aplique la señal, peor será la representación de la señal, ya que se generará distorsión de la señal.

Por lo tanto, si la señal de entrada es muy alta, se producirá distorsión, por lo que se debe de controlar la tensión de entrada de la señal respecto a la tensión de polarización del diodo base-emisor.

Regla del 10%

IE = IECC + ie

Siendo:

I_E = la corriente total de emisor.
I_ECC = La corriente de emisor de continua.
i_e = La corriente de la señal.

Para que la señal de entrada no genere distorsión en la tensión base - emisor se acordó que la intensidad de la señal fuese un 10% menor que la intensidad de emisor en continua según la siguiente fórmula:

Lo que implica que por ejemplo si la corriente de emisor fuese por ejemplo de 1,1mA, la corriente máxima de alterna aplicada a la base debería de ser máxima de 100µA (0,0001A).

Esta regla solo se utilizará en las primeras etapas amplificadoras de señal ya que para entradas de potencia la actuación será diferente.

Resistencia de diodo colector.

En la siguiente figura se puede ver la resistencia total de carga en alterna vista desde el colector.

Esta resistencia es una resistencia equivalente para señal y viene dada por el Thevenin de la resistencia de colector y la resistencia de carga.

Ganancia para señal.

Hasta ahora la ganancia dependia del factor Β de continua:

Esto hace que el punto Q de la figura siguiente varíe de acuerdo a la tensión de entrada. Puedes observar la gráfica de I_C en función de la I_B, que la ganancia de corriente depende de la posición del punto Q.

La corriente para señal es similar a la anterior fórmula:

Pero en este caso, se tiene en cuenta las corrientes alternas de colector y de base. En la gráfica anterior, la señal alterna solo usa parte de la curva a ambos lados del punto Q. A causa de esto, la ganancia para señal es diferente de la ganancia en continua.

Graficamente Β es igual a la pendiente de la curva en el punto Q. Si se modifica de manera diferente el punto de polarización Q, la pendiente en la curva podría cambiar, lo que implica que Β podría cambiar; lo que significa que Β depende de la cantidad de corriente de colector.

Ganancia de tensión.

Literalmente llamamos ganancia de tensión a la diferencia de tensión que existe entre la entrada del amplificador y la salida de este. Por así decirlo podemos establecer que:

Y como la ganancia de entrada dependía de la resistencia del diodo emisor por la intensidad de base para señal, si multiplicamos este valor por el paralelo formado por la resistencia de colector y la carga, obtendremos la tensión de salida.

Y como la tensión de entrada es βi_b, y R_C||R_L = r_c si simplificamos la ecuación inicial nos queda que:

Que significa que la ganancia en un amplificador depende de la resistencia de salida entre la resistencia del diodo emisor.

Efectos de las impedancias.

Para no saturar con conceptos de ingeniería, supondremos la corriente alterna como ideal (resistencia cero). La impedancia ya es algo visto en el capítulo 7 del curso de electrónica para novatos. La impedancia la generan los componentes cuando circulan corriente alternas. Como en el amplificador existen varios condensadores de acoplo y desacoplo, podemos establecer que dichos dispositivos generarán impedancias al paso de la señal. Así que, de acuerdo se situe la impedancia podemos diferenciarla de dos maneras:

Impedancia de entrada.

Y teniendo esto en cuenta, las ecuaciones para la tensión de entrada cambian a la siguiente fórmula:

Impedancia de salida.

Cálculo completo de un amplificador.

En el siguiente circuito, el generador tiene una resistencia interna de 600Ω. ¿Cuál es la tensión de salida si Β = 300?

Los pasos lógicos a la hora de calcular un amplificador es:

● Calcular la impedancia de entrada del transistor.
● Calcular la impedancia de entrada de la etapa.
● Calcular la tensión de entrada de alterna.
● Calcular la tensión de salida respecto a la entrada.

La impedancia de entrada está formada como bien hemos dicho por la resistencia del diodo emisor, y lka misma está formada por la resistencia de emisor y la ganancia. Como para averiguar nos hace falta saber la intensidad de emisor, primero tendremos que calcular los valores de polarización en continua:

IE = VBB - VBE ÷ RE + (R1||R2/Βdc)

I_E: 1,096mA.

Ahora podemos calcular la resistencia de emisor:

r'e = 0,025V ÷ 0,001096A = 22,8Ω.

Y ahora si podemos calcular la impedancia del diodo emisor.

zinbase = Β * r'e = 300 * 22,7Ω = 6K8Ω

Y ahora que tenemos la impedancia de entrada del diodo emisor, podemos calcular la impedancia de entrada del amplificador:

zin = 10Kω || 2K2Ω || 6K8Ω = 1K42Ω

Con la ecuación del punto anterior podemos establecer la tensión de entrada gracias a los valores establecidos anteriormente:

Vin = 1K42Ω ÷ (600Ω + 1K42Ω) * 0,002V = 1,41mV

Y esta es la corriente alterna que aparece en la base del transistor. Esta tensión es la tensión alterna que se aplica al diodo emisor. Como la amplificación es igual a la tensión de salida entre la tensión de entrada, teniendo la tensión de entrada y la ganancia, podemos derivar de la fórmula principal para obtener la tensión de salida:

Vout = Α * Vin

El problema que todavía nos falta la ganancia de señal y que recuerda que era el valor de la resistencia de salida del amplificador entre la resistencia de entrada.

Α = r'c & r'e = (3K6Ω || 10KΩ) ÷ 22,8Ω = 116,09

Ahora ya podemos aplicar a la anterior ecuación:

vout = Α * vin = 116,09 * 0,00141V = 163mV

Que como puedes ver es un aumento significativo de la ganancia.