DISEÑO DE UN AMPLIFICADOR EN EMISOR COMÚN Configuración en Emisor Común Cuando la señal de entrada se aplica por la base del transistor y la señal de salida se toma del Colector, se tiene una configuración en Emisor Común, Común, la cual se caracteriza por ser el amplificador por excelencia debido a que amplifica voltaje como corriente. [1]
1. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO Vamos a diseñar un amplificador en configuración emisor común (el amplificador por excelencia), suponiendo que debemos hacer el diseño para cumplir con una ganancia de voltaje Av y una ganancia de corriente Ai específicas. Y partiendo del hecho que conocemos el valor de la fuente de polarización Vcc, la ganancia de corriente en directa del transistor β y el valor de la resistencia de carga R L.
El objetivo del diseño es encontrar los valores de todos los resistores, de modo que se cumpla con los requerimientos de ganancia de voltaje y corriente.
1.1.
Pasos aplicables al proceso de diseño
1. Si deseamos máxima transferencia de potencia a la carga, el valor de R C=R L. 2. El valor de Re se puede calcular a partir de la ecuación de ganancia de voltaje del amplificador. Para esto se hace uso del modelo equivalente hibrido del BJT y del análisis del circuito en AC: Circuito equivalente de AC aplicando el modelo equivalente hibrido del BJT.
Ecuación para la ganancia de tensión de este circuito: AV
V o V i
hfeib( Rc || R L ) ib(hie hfeRe )
hfe( Rc || R L ) (hie hfeRe )
Al dividir esta expresión por hfe tanto en el numerador como en el denominador se obtiene: AV
( Rc || R L ) hib Re
En este resultado se debe realizar la comparación de que ecuación de ganancia de tensión finalmente queda: AV
hib
Re
, con lo que la
( Rc || R L ) Re
En esta ecuación la única incógnita es Re, por lo tanto se despeja para determinar su valor y garantizar la ganancia de voltaje requerida.
3. Si se requiere máxima excursión simétrica a la salida del amplificador, se determina el valor de la corriente de punto de operación del transistor a partir de la siguiente ecuación: I CQ
V CC Rca Rcd
Donde Rca y Rcd son las resistencias totales en la malla Colector-Emisor aplicando condiciones de CA y CD respectivamente. Para la configuración en estudio tememos:
Rca:
Rca
4.
Rcd:
( Rc || R L ) Re
Rcd
Rc
Re
Determinar el valor de la resistencia equivalente R B en la base del transistor, para ello se utiliza la ecuación de ganancia de corriente del amplificador. Ai
i0 ii
i0 ib ib ii
Desarrollando esta expresión se tiene: i0
ib
hfeib Rc Rc R L
, de donde
ii RB hie hfe Re
, de donde
i0 ib
ib ii
hfeRc Rc R L R B hie hfe Re
Con estos dos términos, la expresión para Ai queda: Ai
hfeRc
RB
Rc R L hie hfe Re
Donde la única incógnita es R B, por lo tanto hay que despejar para determinar su valor.
Nota: Si no hubiese tenido un requerimiento de ganancia de corriente, para determinar el valor de R B se podría utilizar la ecuación: R B
0.1* * Re , que garantiza estabilidad del punto de
operación con la temperatura.
5. Conocidos los valores de ICQ y RB, podemos utilizarlos para encontrar el voltaje de polarización necesario en la base del transistor para que se encuentre activo. Recordemos que la malla de entrada del amplificador en condiciones de corriente directa la podemos representar mediante el siguiente circuito equivalente:
Donde R B y VBB están dados por: R B=R1||R2= VBB=
R1 R 2 R1 R 2
VccR 2 R1 R 2
Planteando una ecuación de voltaje alrededor de la malla de entrada obtenemos: VBB=IBR B+VBE+ICRe, que se puede escribir como: R
Re + VBE
VBB=Ic
B
6. ¿Cuáles deben ser los valores de R1 y R2 de modo que? Como ya hemos determinado los valores de R B y VBB, podemos utilizar las ecuaciones que los definen para encontrar los valores adecuados de R1 y R2 para garantizar el valor de la resistencia equivalente de base y el voltaje de polarización en la base del transistor. Para ello se resuelve el sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas dado por: R B=
R1 R 2 R1 R 2
VBB=
VccR 2 R1 R 2
Resolviendo para R1 obtenemos: R1
VccR B
V BB
Y para R2 obtenemos: R 2
R B
1
V BB
V CC
7. Como ya se encontró todos los valores de los resistores que satisfacen el diseño, nos queda únicamente conseguir los valores comerciales más cercanos a los calculados y hacer al análisis del circuito para darse cuenta que no cambia demasiado el punto de operación del transistor debido a la diferencia entre los valores teóricos y prácticos. [2] Bibliografía [1] «Electrónica Unicrom,» [En línea]. Available: http://unicrom.com/amplificadoremisor-comun/. [Último acceso: 7 Febrero 2016]. [2] [En línea]. Available: http://www.iered.org/ev/file.php/14/oa_da bjt/DISENO_DE_AMPLIFICADORES_CON_BJT-Divisiones.doc. [Último acceso: 7 Febrero 2016].
