Funcionamiento para pequeña señal.
En la parte teórica del curso mostraba un amplificador completo:
La única diferencia con los circuitos anteriores es que éste circuito tiene un condensador de desacoplo en la rama del emisor. Este condensador evitará que la señal alterna modifique el punto de trabajo Q, ya que sin este condensador, la señal y la corriente continua circularían por la resistencia.
Además gracias a este condensador la ganancia de tensión es mucho mayor. Resolviendo este circuito nos queda que los valores de polarización son:
VE = 1,10V
VC = 6,04V
VCE = 4,94V
El valor de los condensadores se escoge de la forma que ya hemos visto, es decir un 10% menos del valor de su resistencia actual.
Funcionamiento para pequeña señal.
La siguiente figura muestra una curva de corriente en función de la tensión para el diodo emisor. Cuando se acopla una señal alterna a la base, aparece una tensión alterna a través del diodo emisor. Esto produce la variación sinusoidal en la tensión VBE como se ve en la figura.
Cuando la tensión aumenta en su valor pico positivo, el punto instantáneo de trabajo se mueve desde Q hacia el punto superior de la recta. Cuando la tensión alcanza su tensión pico negativo, el punto instantáneo de trabajo se mueve desde Q hacia su punto inferior. Como se puede ver, grandes tensiones en la curva de entrada producirán deformaciones de la señal a la salida debido a la curvatura de la recta de entrada, por lo que para señales pequeñas apenas introducirá deformación de la señal, pero para grandes señales alternas si lo hará.
Este efecto se denomina distorsión y en amplificación distorsiona el sonido. Como no queremos que en nuestro amplificador se produzca una distorsión a la voz o la música, para evitarla deberemos de hacer que la señal de entrada sea lo más baja posible.
Si se reduce el valor de la tensión alterna de entrada, se reduce la variación del punto de trabajo Q. Si la señal se reduce lo suficiente, la gráfica parecerá una línea recta para la señal.
Esto es importante porque los cambios en la corriente de emisor son directamente proporcionales a los cambios en la tensión de base para una señal pequeña. En otras palabras, si la señal de base es lo suficientemente pequeña, la corriente de emisor causada por ella también será una onda sinusoidal pequeña que apenas se verá distorsionada.
¿Pero cuánto tiene que ser de pequeña la señal? Aplicando la regla del 10% que hemos aplicado a los condensadores, podemos establecer que la corriente de la señal por el emisor no puede superar el 10% de la corriente de polarización de emisor tal cual muestra la fórmula:
iiepp < 0,1 x IE
NOTA: A partir de ahora designaré las corrientes y tensiones de polarización continuas con mayúsculas y las intensidades y tensiones alternas con minúsculas según la estandarización de símbolos en circuitos eléctricos.
Por lo que si una corriente de emisor es de 1,1mA (como en el caso anterior), la señal pico a pico no debería ser mayor que 100µA.
Por último indicarte que la corriente que circulará por el emisor sin condensador de desacoplo estará formada por dos componentes, una continua y otra alterna y se designará mediante la fórmula:
IETOTAL = IE + iepp
Ganancia para señal.
Hasta ahora habíamos visto la ganancia de corriente como el factor que obtenemos de la intensidad de colector entre la intensidad de base. Para la ganancia de señal podemos establecer el mismo principio:
β = ic ÷ ib
Pero claro se usa notación de señal. La ganancia de corriente para señal es igual a la corriente de colector alterna dividida entre la intensidad alterna de base.
El factor de ganancia en las hojas de características se designan como hFE para la ganancia de corriente continua y hfe para la ganancia de corriente alterna. Dichos valores son similares por lo que la mayoría de las veces solo te muestran un único valor que te sirve para realizar cálculos en el circuito.
Resistencia del diodo emisor.
La gráfica del diodo emisor y la señal de entrada nos sirve para explicar el siguiente punto.
La resistencia del diodo emisor es importante porque determina la ganancia de tensión. Cuando más pequeña, mayor ganancia de tensión.
Cuando hay una pequeña tensión alterna entre los extremos del diodo emisor, se produce la tensión alterna de emisor que se muestra en la gráfica anterior. La amplitud de esta corriente alterna de emisor depende de la localización del punto Q. A causa de la curvatura se obtiene más corriente alterna en el emisor pico a pico que cuando el punto Q está en lo más alto de la gráfica.
Anteriormente establecimos que la corriente por el emisor sin condensador de desacoplo está formado por las dos componentes de tensión. De forma similar podemos establecer que la tensión base – emisor tiene una componente continua y otra alterna:
VBETOTAL = VBE + vbe
Por lo tanto y volviendo a la gráfica anterior, si una variación de señal VBE produce una variación sinusoidal en IE. El valor pico a pico de ie depende de la localización del punto Q. A causa de la curvatura, una vbe fija produce más ie a medida que el punto Q está más polarizado en un punto más alto de la curva. Resumiendo, la resistencia que ofrece el diodo emisor para la señal disminuye cuando la corriente continua de emisor aumenta.
Expresado matemáticamente:
re = vbe ÷ ie
Esto indica que la resistencia para señal del diodo emisor es igual a la tensión alterna de base – emisor dividido por la corriente de emisor.
Supón que la tensión alterna en el emisor es de 5mV y que genera una corriente de emisor de 100µA en la gráfica anterior, entonces la resistencia de señal estará dada por 50Ω. Pero para un punto más alto del punto Q, la intensidad de emisor en alterna aumenta a 200µA lo que reduce la resistencia a 25Ω. Pero aplicando la física y electrónica podemos deducir que un buen valor de la resistencia de emisor para señal viene definida por la siguiente formula:
re = 25mV ÷ IE
Es decir la resistencia de señal de emisor viene dada por una tensión de 25mV dividida entre la corriente de polarización de emisor.
Esta fórmula es la que usaremos a partir de ahora para definir la resistencia del diodo emisor a la señal alterna de entrada.
Esta fórmula está diseñada para una segunda aproximación, pero aumentos en la temperatura, y cambios excesivos en la señal de entrada pueden modificar la resistencia.
Pero en la práctica consideraremos al transistor con temperatura ambiente y funcionamiento para baja señal.
Modelos equivalentes para señal.
El análisis de funcionamiento de un transistor con señal requiere de un circuito equivalente Thevenin para simplificar su cálculo. Asi podemos establecer dos modelos principales:
El modelo T.
Diseñado por el ingeniero Ebers-Moll, el transistor se puede reemplazar por su modelo equivalente T (nombre que se le dio por el parecido a la letra).
El diodo emisor del transistor actúa como una resistencia alterna re y el diodo colector como una fuente de corriente ic.
Cuando aparece una señal de entrada en la base, en el diodo emisor aparece una tensión alterna vbe. Esto produce la corriente por la base ib. La fuente de tensión alterna (la señal) debe de ser lo suficientemente potente como para poder suministrar esta corriente de base para que el transistor funcione correctamente. Y como la tensión alterna de entrada depende de la impedancia de entrada podemos deducir que:
Vbe = ie x re
Y como re se puede sustituir por la impedancia de entrada (zin):
Zin(base) = vbe ÷ ib
O lo que es lo mismo:
Zin(base) = (ie x re) ÷ (ie – ic)
Y como ie es igual a ic se delara:
Zin(base) = β x re
Lo que significa que la impedancia de entrada a la base es igual a la ganancia de corriente alterna multiplicada por la resistencia del diodo emisor.
Modelo en π.Este modelo representa visualmente la formula anterior. El modelo en π es más fácil de usar que el modelo en T, porque en el modelo en π se puede ver directamente la impedancia de entrada del circuito para señal (β x re).
Los modelos π y T son circuitos equivalentes para señal y se usarán en el curso para designar funcionamiento teórico del amplificador.
En el siguiente capítulo empezaremos el análisis de amplificadores de baja señal y empezaremos a contruir amplificadores reales. Gracias por estudiar en esta página. Si te ha servido de algo esta clase, compártelo en las redes sociales y si quieres ayudar al autor del mismo, por favor plantéate hacer una donación para que el sitio Web siga ofreciendo material gratuito y de calidad.
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