AMPLIFICACIÓN.

Ya sabes que el transistor bipolar posee tres terminales denominados emisor, base y colector; dependiendo de como se conecte el transistor y se aplique la señal de entrada, el transistor se podrá configurar en tres tipos: amplificador en emisor común, cuando la entrada y la salida de señal se aplica entre el emisor-base y el emisor-colector; base común cuando se aplica entre la base-emisor y el colector-base y colector común cuando se aplica entre la base y el emisor, por lo que el colector está unido a masa y la salida se obtiene por el emisor.

En esta práctica vamos a diseñar y calcular la primera etapa del amplificador en emisor común.

Emisor común.

En este tipo de configuración, la señal de entrada se aplica a entre la base y el emisor y la salida se aplica entre el colector y el emisor que une a masa. El siguiente es el circuito del amplificador.

Este tipo de montaje presenta la característica que la resistencia de entrada es baja respecto a la resistencia de salida. La resistencia de entrada suele rondar entre los 100 y 5KΩ; mientras que la resistencia de salida suele estar entre los 10KΩ y los 100KΩ. Realiza una amplificación de corriente y de tensión lo que es equivalente a una amplificación de potencia, con lo que este montaje consigue una buena ganancia de potencia.

Por contra, este montaje desfase la señal de salida respecto a la de entrada en 180º y la respuesta de frecuencia es pobre comparada con el montaje de base común que tiene una buena respuesta de frecuencia.

Este amplificador en emisor común es el amplificador escogido para amplificación de frecuencias medias y bajas; además al tener una diferencia no muy grande en relación a sus impedancias de entrada y salida, se suele utilizar en varias etapas, porque se acoplamiento es bastante bueno.

Cálculo de magnitudes.

Como puedes ver en el circuito anterior ya tenemos los valores de las resistencias y de los condensadores. En la amplificación estos valores los tendremos que calcular nosotros. Pero he decidido en esta parte que tengamos los valores para que podamos realizar el resto de calculos.

Para el cálculo de sus magnitudes, utilizaremos las siguientes fórmulas que ya hemos visto en otras clases:

Así que según las fórmulas anteriores si nos pidieran calcular las tensión colector - emisor en el circuito anterior, podríamos calcularla aplicando las fórmulas.

SOLUCIÓN:

Si ahora a la tensión resultante restamos la caída de tensión en el diodo emisor, obtenemos la tensión de emisor:

Con esto calculamos la corriente de emisor gracias a la resistencia de emisor.

Como la corriente de colector se puede considerar igual a la de emisor, podemos calcular la corriente de colector como mostramos a continuación:

Y finalmente la tensión colector - emisor vale:

Hay que tener en cuenta que en el análisis del circuito no se ha tenido en cuenta las variaciones de la corriente por aumento de temperatura, aunque este tipo de circuitos suelen mantener estable la variación del punto Q. Ahora observaremos los valores que nos da el software LiveWire y compararemos con los cálculos realizados.

Con estos valores obtenemos una recta de carga equivalente a la siguiente:

Como puedes ver el punto Q está muy cerca del corte, por lo que si ahora se agregara una señal positiva, puede que el transistor se pusiera al corte. Para evitar eso, se suele hacer que el punto Q se ponga a la mitad de la recta de carga. Para llevar el punto Q a la mitad, se suelen actuar sobre la resistencia de emisor variando la intensidad del transistor. A mayor intensidad, más se acercará el transistor a la saturación. Mientras que a menor intensidad, lo hará al corte.

¿Qué resistencia tendríamos que usar en el emisor para que la intensidad sea de 1,2mA? ¿Qué valores han cambiado en el circuito?

Como la tensión VBB es la misma porque no cambiamos el divisor, derivando de la fórmula IE = VE ÷ RE, por la fórmula RE = VE ÷ IE

Que si resolvemos y aplicamos al resto de fórmulas nos da el siguiente resultado:

Con esto obtenemos una nueva recta de carga mucho más centrada en la recta con lo que ya podemos jugar más con los valores de la señal de entrada.

Cálculo real de magnitudes.

El anterior cálculo nos sirve como referencia para establecer una idea básica del amplificador y de su rango de trabajo, pero es un cálculo aproximado ya que, como has podido observar no hemos tenido en cuenta la impedancia de entrada del transistor. Así que repitamos los cálculos teniendo en cuenta la resistencia de entrada del transistor y también haciendo que el divisor de tensión sea 100 veces menor que la resistencia de entrada (para que la transferencia sea máxima entre las diferentes fases).

Las fórmulas que vamos a utilizar son las siguientes:

Como puedes ver en las anteriores fórmulas he incluido la regla de que el divisor de tensión debería de ser 100 veces menor que la impedancia de entrada al transistor. Y la impedancia de entrada al transistor, depende de la resistencia de emisor, lo cual aplicando todo podemos obtener una corriente de emisor más precisa como verás en los cálculos:

En este circuito hemos calculado las magnitudes teniendo en cuenta que la ganacia h_fe = 25. Ten en cuenta que ahora los valores de su recta real son:

Como puedes ver la recta de carga es más aproximada que en anteriores cálculos, pero nos queda una única cosa más por comprobar. ¿Es estable el circuito?

Hemos indicado que la resistencia del divisor de tensión debería de ser 100 veces menor que la impedancia de entrada. Si tenemos en cuenta que la impedancia de entrada vale:

La resistencia resultante del divisor de tensión es:

Si hacemos una reglas de tres obtenemos que 9559Ω no es 100 veces menor que 36250Ω (solo es el 3,79%), por lo que sabemos que cuando se introduzca una señal alterna a la base, no se va a reproducir bien a la salida porque parte de la señal se va a perder. Para que no hubiese problemas el conjunto Thevenin del divisor de tensión debería de ser menor de 362Ω, lo cual haría plantearnos todo el circuito de nuevo.