AMPLIFICACIÓN.

El transistor bipolar es un componente electrónico formado por tres elementos designados como Emisor, Base y Colector y que tienen una función determinada de acuerdo a la estructura del transistor.

El Emisor es un cristal dopado con cargas donadoras o aceptadoras (cargas mayoritarias), y que se encarga de enviarlas hacia la base cuando recibe una tensión eléctrica.

La Base es el terminar encargado de gestionar las cargas mayoritarias y dependiendo de la polarización del transistor llevarlas al colector o a masa. Tiene menos cargas mayoritarias que el emisor.

El Colector se encarga de recolectar la cantidad de cargas mayoritarias que llegan desde la base. Tiene menos cargas mayoritarias que el emisor pero más que la base.

Internamente están construidos por una serie de cristales de Silicio o Germanio en los cuales se han agregado (mediante fusión por calor), otros tipos de elementos (llamadas impurezas) como el Boro, Indio, Argón, Cromo, etc., para hacer que el cristal se Silicio o Germanio se convierta en conductor, ya que de por sí, el Silicio o el Germanio no son conductores eléctricos.

Dependiendo del tipo de impureza que tenga el cristal, el transistor será un transistor positivo o negativo, ya que una impureza donadora hará que el transistor emita más electrones de los que recibe; mientras que una impureza aceptadora, hará lo contrario.

Básicamente un transistor en la amplificación utilizará las cargas mayoritarias para aumentar la corriente que circule por el mismo al ritmo de la señal alterna de audio y obtener a la salida del transistor mayor cantidad de flujo eléctrico. Pero claro, un transistor requerirá de una configuración especial para poder ofrecer eso.

Transistor como amplificador.

El transistor en un circuito amplificador se encargará de transformar la pequeña señal de audio, entregando a la salida la misma señal con una potencia superior.

Como el transistor consta de 3 elementos, cada uno de los cuales es común a la entrada o salida, podemos establecer varias configuraciones básicas o montajes amplificadores.

Emisor común.

En esta configuración la señal de salida se desfasa respecto a la entrada 90º. La impedancia de entrada es aproximadamente 1KΩ y la de salida 50KΩ. El circuito básico del emisor común se representa en la siguiente imagen.

Este circuito la señal se aplica directamente a la base y el emisor del transistor, y la salida se aplica entre el colector y el emisor. Este circuito inyecta directamente a la base del transistor la señal de que se ha de amplificar, por lo que la ganancia de la señal podría producir una distorsión de cruce.

Base común.

En este circuito no se obtiene inversión de fase de la señal. La impedancia de entrada en esta configuración ronda los 100Ω y la salida unos 500Ω, lo cual lo convierte en ideal para usarlo como en circuitos de baja impedancia.

La señal de entrada se aplica entre la base y la masa más cercana al colector y la salida se obtiene entre el emisor y la masa más cercana al colector.

Este circuito recibe el nombre de seguidor de emisor, ya que las variaciones de tensión en el emisor, siguen las variaciones de tensión que se produce a la entrada, por lo que no se produce variación de fase. La impedancia de entrada es muy alta respecto a las otras dos configuraciones. La impedancia de salida es muy baja, respecto a la entrada, por lo que esta configuración es ideal como adaptador de impedancias.

Curvas características.

Para este apartado vamos a montar un circuito amplificador en emisor común con polarización de base gracias a una resistencia variable que permitirá escoger ciertos valores de la corriente de base y que nos servirá como simulador de señal.

Este circuito nos permitirá escoger valores de tensiones e intensidades a la salida del circuito que nos servirán para analizar los datos del funcionamiento del transistor de acuerdo a unos valores y que introduciremos en una serie de gráficos. Esto da como resultado unas curvas de características que permiten al desarrollador el comportamiento del transistor a ciertos valores de corriente o tensión dependiendo de su polarización o configuración.

En transistores se emplean curvas que relacionan la corriente de colector (I_c), con la tensión en el mismo (V_ce), mientras se mantiene constante la corriente de emisor o la corriente de base. Este es el circuito que usaremos:

El esquema básicamente ofrece una intensidad de colector en función de la variación de la corriente de base. Puedes ver que tenemos 2 resistencias variables puestas en la entrada y en la salida.

La primera de ella, de 100KΩ, producirá diferentes intensidades para cada posición de la resistencia. La segunda de 10KΩ, producirá diferentes valores de colector para cada posición del cursor. Por lo que la curva básica que podemos establecer es la de la posición cero de las resistencias variables:

Por lo que el valor mínimo que circulará por la base del transistor será de 40μA, mientras que por el colector será de 1,5mA. Hay que tener cuidado con poner el potenciómetro a cero ya que la intensidad por la base sería demasiada elevada y entraría el transistor a la saturación rápida además de calentar el transistor en exceso y producir la rotura del mismo.

Con el Livewire, obtenemos los valores instantáneos de cada valor de acuerdo a la posición del cursor del potenciómetro. Observa que a la mitad de los potenciómetros, obtenemos una tensión de base de 673mV y una intensidad de base de 53μA. A la salida del transistor obtenemos una corriente de 2,98mA y 52mV de tensión en colector, lo cual ha aumentado la intensidad de colector respecto a la entrada.

Si ahora establecemos para cada paso de los potenciómetros (por ejemplo un 5% en cada salto), podremos establecer unas curvas establecidas para una corriente de base dada:

10% del potenciómetro.

15% del potenciómetro.A partir de un 15% (0,59V), se polariza la base con una corriente pequeña.

20% del potenciómetro.

Podemos hacer más puntos intermedios si quisiéramos. Pero ya podemos establecer una pauta fija y es que a medida que aumenta la tensión de polarización Vbb, disminuye la tensión Vce y aumenta la corriente de colector. Así podemos establecer los tres puntos básicos:

Y si esos valores los representáramos en una gráfica tendría esta forma:

Pero si fuésemos midiendo más puntos intermedios llegaríamos a tener una gráfica completa con los valores como a continuación se muestra.

Lo que obtenemos varias curvas de respuestas para cada valor de corriente de base y que se representa lo acordado anteriormente como que la corriente de colector aumenta según lo hace la corriente de base a la par que disminuye la tensión Vce.

Observa que la gráfica te muestra una tensión descendiente de acuerdo aumenta la corriente de colector. El valor máximo y mínimo comprendido entre todos los valores intermedios es lo que se representa como recta de carga.

Factor de amplificación.

El factor de amplificación (también llamado ganancia de corriente en un transistor), puede tener dos valores según esté configurado el circuito en base común o emisor común.

Configuración en base común.

α = IC ÷ IE (siendo Vcb constantes).

Esta ganancia siempre es menor que 1.

Configuración en emisor común.

β = IC ÷ IB (siendo Vce constante)

Observa que el valor de la corriente de base es negativa, pero porque no he cambiado la polaridad del amperímetro. El valor de β es el más usado en amplificación y será éste último el valor que más usaremos ya que es este el valor que expresan todos los manuales de características de los transistores.

Transformación de un valor a otro.

Por lo que sí, con los valores anteriores utilizamos esta fórmula (y teniendo solo el valor de β = 98,03689687795648), podemos obtener el valor alpha.

α = 98,03689687795648 ÷ (1 + 98,03689687795648) = 0,989902725

Lo que es muy similar al anterior.

NOTA: No es igual debido al error de lectura que produce el Livewire.