En las clases anteriores vimos las diferentes configuraciones que se utilizan en los circuitos amplificadores actuales. Si el punto Q de un transistor se encuentra sobre la mitad de la recta de carga, la variación de la corriente de colector podrá realizarse de acuerdo al valor instantáneo de una señal alterna, por lo que dependiendo del valor de la señal, el punto se desplazará a lo largo de la recta de carga.
Dicha señal se reproduce en el colector del transistor, pero de mayor tamaño ya que la intensidad que circula por el colector es mayor que la que circula por la base. Y antes de continuar, permíteme que repasemos una serie de conocimientos técnicos que harán que entiendas bien este tema, con lo que volveremos (temporalmente) al estudio de circuitos de polarización de base.
Condensador de acoplo.
El siguiente circuito es un circuito realimentado por emisor, pero tiene algo especial. Se le ha agregado un condensador entre la resistencia de base y la base.
Deja que te haga una pregunta:
¿Crees que funcionaría correctamente el circuito?
La respuesta nos la da el programa LiveWire. NO.
Ya sabes si has seguido los cursos de electrónica de esta web, que el condensador se comporta como un circuito abierto al paso de la corriente continua, por lo que en la rama en la cual está el condensador no circula corriente por la base.
Por lo que puedes ver en el circuito que la tensión continua y la tensión VCE es igual, lo que implica que no existe paso de corriente por el interior del transistor (salvo la pequeña corriente de fuga).
Puedes ver que el consumo de corriente de 10mA de la fuente de alimentación se da a través de la corriente de base pero por la rama resistiva. Observa que sobre RC cae una pequeña tensión. Esa tensión es debida a la circulación de corriente inversa del transistor.
Pero si el condensador bloquea la corriente continua, ¿sabrías explicar por qué tiene una carga igual a la tensión de alimentación?
La respuesta es fácil y te dejo que la averigües tú.
Pues bien, hemos demostrado que para la corriente continua, el condensador es un circuito abierto. Pero para la corriente alterna es todo lo contrario, es un cortocircuito. Visita el curso de electrónica para novatos en la clase 7, AQUÍ.
Recuerda del curso de electrotecnia que cuando se aplicaba una corriente alterna a un condensador, esta circula por ambos lados del mismo dependiendo de la frecuencia de la corriente alterna, y de la capacidad del condensador de manera que establecíamos una resistencia aparente debido a la capacidad y que llamábamos reactancia capacitiva.
Un condensador de acoplo es el condensador que servirá en un circuito amplificador para inyectar una señal alterna a la base. Por lo tanto, si el condensador de acoplo inyecta señal a la entrada del transistor, supondremos que sus parámetros físicos afectarán al rendimiento del transistor en cuanto se refiere a la modificación de la impedancia de entrada.
Pues bien, al utilizar condensadores de acoplo se necesita que estos se calculen adecuadamente ya que de no hacerlo puede modificarse el punto Q de la recta de carga del transistor amplificador. Para que funcione correctamente su reactancia debe de ser lo más baja posible. Recuerda que la reactancia capacitiva disminuye según aumenta la frecuencia de la señal, y la inversa.
Por tanto, para calcular la mayor impedancia que tendrá un condensador de acoplo sobre una frecuencia de audio (20Hz a 30KHz), se realizarán los cálculos pensando en una frecuencia de 20Hz, ya que es la que más reactancia ofrecerá según la formula siguiente:
Xc = 1 ÷ 2πfC
Siendo f, la frecuencia de la señal en la que se quiere calcular la reactancia y C, la capacidad en faradios. La reactancia capacitiva se da en ohmios. Además para conseguir un buen acoplamiento de señal la reactancia capacitiva debería de ser 10 veces menor que la impedancia de entrada al circuito amplificador.
Xc < 0,1 x Ze
Veamos un ejercicio resuelto:
Ejercicio resuelto.
Sea el siguiente circuito:
Un condensador de acoplo se conecta a un circuito de polarización de base como el del circuito y por el condensador pasará una señal procedente de un inyector de señal con una frecuencia de 2KHz. Queremos que a la salida se reproduzca toda la señal sin perdida. ¿Qué valor del condensador podemos usar para no modificar demasiado el punto Q?
De la formula anterior derivamos la capacidad:
C = 1 ÷ 2πfXC
Pero claro antes de calcular la capacidad necesaria necesitamos conocer los valores de la impedancia de entrada. Recuerda que la impedancia de entrada viene definida por la ganancia de corriente y el producto de la resistencia de emisor de tal forma que el valor de Ze nos da:
ZE = β x RE = 200 x 1500Ω = 300KΩ
Pues bien, para una impedancia capacitiva de un 10% menor que la impedancia de entrada nos queda un valor máximo de la XC de 30KΩ. Ahora que tenemos el valor de XC deberemos de utilizar la frecuencia mínima de 20Hz para conseguir el valor del condensador. Por lo que traduciendo:
C = 1 ÷ 2πfXC = 1 ÷ (6,28 x 20Hz x 30000Ω) = 1 ÷ 3769819,2 = 260nF
Lo que utilizaríamos un condensador cerámico para establecer una impedancia del 10 por ciento menor que la impedancia de entrada. Con esto nos hemos asegurado de que el condensador no afecte al rendimiento del sistema. Si quisiéramos podríamos calcular el resto de parámetros:
Ib = VCC ÷ Rb = 10V ÷ 1000000Ω = 10µA
Con una ganancia de 200, obtiene una corriente de colector de:
Ic = β x Ib = 200 x 0,000010A = 2mA
Y la tensión de colector es de:
VC = Vcc – (Ic x Rc) = 10V – (0,002A x 5000Ω) = 10V – 10V = 0
Lo cual como el resultado es absurdo deducimos que el circuito está saturando.
Condensador de desacoplo.
El siguiente circuito muestra un circuito amplificador polarizado por base con una fuente de tensión alterna de 100mV.
Utiliza un condensador de acoplo entre la fuente de señal y la base. Dicho condensador es un cortocircuito para la señal por lo que toda la señal de la fuente aparecerá entre la base y masa.
La tensión de la señal de la fuente alterna produce una corriente de base que se añade a la corriente de base existente, por lo que la corriente tendrá una componente continua y otra alterna y que cuando es positiva la componente alterna se sumará a la intensidad de base y cuando es negativa se restará.
La corriente de base en el colector produce una variación amplificada de acuerdo a la ganancia de corriente del transistor. Pero claro como en el colector se dan también una variación de señales alternas y continuas necesitamos de otro dispositivo para sacar la señal de audio, y para ello utilizamos el condensador de desacoplo.
Ese condensador sacará la señal alterna amplificada y la llevará hacia la carga RL que podría ser un altavoz o la entrada hacia otra etapa. En el siguiente circuito se ha sustituido la fuente de corriente alterna por una señal de un inyector de 2,6KHz y a la salida se ha obtenido una señal de la forma siguiente:
Que como puedes ver es una salida rectangular debido a la señal de la inyección. El circuito real tiene la siguiente forma:
Ganancia de tensión.
Ya hemos visto que al inyectar una señal en la base, se reproduce en el colector con un factor de ganancia establecido. La forma de onda desarrollada en el amplificador depende del tipo de fuente de corriente alterna.
En el caso anterior, tenía forma de onda rectangular debido a que el inyector de señal produce una onda cuadrada – rectangular de frecuencia fija. Pero lo más habitual es que las formas de ondas sean una serie de picos y armónicos de ondas que ofrecen una tensión variable alterna y que tiene la siguiente forma:
Conocer el tipo de formas de ondas es necesario a la hora de ampliar dicha señal con dicha forma de onda, ya que puede ser que la señal se deforme por una futura configuración del amplificador, y con el fin de evitar dicha deformidad es necesario conocer su forma y sus magnitudes.
La ganancia de tensión de un amplificador se define como la tensión alterna de salida dividida por la tensión alterna de entrada.
A = Vout ÷ Vin
Si por ejemplo una tensión alterna en la carga produce 50mV con una corriente de entrada de 100µV, la ganancia de tensión es:
A = 0,050V ÷ 0,0001V = 500
Lo que significa que la tensión alterna de salida es 500 veces mayor que la tensión de alterna de entrada. También usando la formula anterior podemos deducir la tensión de salida haciendo una simple derivación matemática.
Vout= A x Vin
O también calcular la tensión de entrada respecto a la salida.
Vin= Vout ÷ A
Estos valores son útiles cuando queremos calcular los valores de la tensión teniendo uno de los valores y la ganancia.
Amplificador en emisor Común ampliado.
Ya hemos repetido hasta la saciedad que el amplificador por polarización de base es muy inestable para el punto Q. En su lugar el circuito polarización de emisor con divisor de tensión es más usado para este fin.
Como hemos visto como polarizar el transistor para que funcione correctamente de acuerdo a los valores de tensión e intensidad, podemos establecer que lo siguiente que nos hace falta es una fuente de señal. Como no te voy a hacer que te compres un cabezal magnético (que sería ideal para empezar en amplificación debido a su baja impedancia y baja tensión alterna), vamos a utilizar como fuente de señal un reproductor .MP3 de una marca cualquiera.
Para controlar la ganancia y al tensión de entrada del amplificador podremos usar un potenciómetro a la entrada del circuito o el mismo control de volumen del dispositivo nos entregará tensiones variadas de la fuente de señal.
También utilizaremos un inyector de señal (que tú mismo puedes construir visitando mi canal de YouTube), para comprobar auditivamente que funcionan las etapas y buscar fallos en fases y partes del amplificador.
Por último nuestro tester nos permitirá comprobar visualmente las tensiones y corrientes en la polarización de nuestro circuito. Así que, lo que nos falta es un circuito amplificador que te lo paso aquí:
Continuaremos en la práctica de esta clase.
