INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PUEBLA

MATERIA:

ELECTRÓNICA

AMPLIFICACIÓN CON BJT

CATEDRATICO:

ING. VICTOR MANUEL PERUSQUÍA ROMERO

EQUIPO 3

FECHA: JULIO 2010

AMPLIFICACIÓN CON BJT

INTRODUCCIÓN

AMPLIFICADOR

Un amplificador es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnifica la amplitud de un fenómeno. Aunque el término se aplica principalmente al ámbito de los amplificadores electrónicos, también existen otros tipos de amplificadores, como los mecánicos, neumáticos, e hidráulicos. 

OPERACIÓN DE UN AMPLIFICADOR

La polarización de un transistor es estrictamente una operación de cd.

Propósito: Establecer un punto Q

Variaciones de corriente y de voltaje puedan ocurrir en respuesta a una señal de entrada (ca.) En aplicaciones en las que voltajes de señal pequeña deben ser amplificados (con

variaciones pequeñas) (antenas – micrófonos)

AMPLIFICADOR LINEAL

Amplifica una señal sin distorsión.

La señal de salida es una réplica amplificada de la señal de entrada.

Transistor polarizado mediante divisor de voltaje

Amplificador

A medida que la corriente senoidal en el colector se incrementa, el voltaje en el colector decrece.

La corriente en el colector varía por encima y por debajo de su valor en el punto Q.

Un transistor siempre produce una inversión de fase entre el voltaje en la base y el voltaje en el colector.

Operación sobre la recta de carga

EL AMPLIFICADOR EN EMISOR COMÚN

Un BJT puede ser representado en un circuito de ca. Tres configuraciones de amplificador son en emisor común, en base común y en colector común. La configuración en emisor común (EC) tiene al emisor como terminal común, o tierra ante una señal de ca. Los amplificadores en EC tienen una alta ganancia de voltaje y una alta ganancia de corriente. En el diagrama se muestra un amplificador en emisor común con polarización utilizando un divisor de voltaje y capacitores de acoplamiento C1 y C2 en la entrada y salida, y un capacitor de puenteo, C2, en emisor a tierra. La señal de entrada, Vent está acoplada capacitivamente a la base; la señal de salida, Vsal, está acoplada capacitivamente del colector a la carga. La salida amplificada está desfasada 180° con respecto a la entrada. Como la señal de ca se aplica a la base como entrada y se toma en el colector como salida, el emisor es común tanto para las señales de entrada como de salida. No hay señal en el emisor porque el capacitor de puenteo pone efectivamente al emisor en cortocircuito con tierra a la frecuencia de la señal. Todos los amplificadores combinan tanto la operación en ca como en cd, lo cual debe ser considerado, aunque debe tenerse en cuenta que la designación en emisor común se refiere a la operación en ca.

a) Señal de entrada b) Señal de salida

INVERSIÓN DE LA FASE

La señal de salida esta desfasada 180° con respecto a la señal de entrada. A medida que el voltaje de la señal de entrada cambia, hace que cambie la corriente de ca en la base y el resultado es un cambio de la corriente en el colector a partir de su valor de punto Q. Si se incrementa la corriente en la base, la corriente en el colector se incrementa por encima de su valor de punto Q, lo que aumenta la caída de voltaje a través de Rc indica que el voltaje en el colector se reduce a partir de su punto Q. Así que cualquier cambio en el voltaje de la señal de entrada produce un cambio opuesta en el voltaje de la señal del colector, lo cual constituye un inversión de fase.

ANÁLISIS EN CD

Para este tipo de análisis, primero se deben determinar los valores de polarización de cd. Para ello se desarrolla un circuito equivalente en cd eliminando los capacitores de acoplamiento y puenteo porque aparecen como un circuito abierto en lo que a polarización de cd respecta. Esto también elimina el resistor de carga y la fuente de señal.

Ejemplo:

La resistencia en cd de entrada en la base se determina de la siguiente forma:

RENT(BASE) =βCDRE=(150)(560)=84kΩ

Como en este caso RENT(BASE) es más de diez veces R2 , el divisor de voltaje es rígido. La corriente de cd en la base se calcula como:

VB= (R2/R1+R2)Vcc = (6.8kΩ/28.8kΩ)12V=2.38V

Ve=VB-VBE=2.38V-0.7V=2.13V

Por consiguiente

IE=VE /RE =2.13V/560 Ω=3.80mA

Como Ic=Ie entonces

VC=VCC-ICRC=12V (3.84mA)(1.0kΩ)=12V-3.80V = 8.20V

Por último:

VCE= VC -VE= 8.20V- 2.13V = 6.07V

ANÁLISIS EN CA

Para analizar la operación de un amplificador con señal de ca, se desarrolla un circuito equivalente en ca de la siguiente forma:

1.- Los capacitores C1, C2 y C3 son reemplazados por cortos efectivos porque sus valores se seleccionan de modo que Xc sea despreciable a la frecuencia de la señal y se pueda considerar que es de 0 Ω.

2.- La fuente de cd es reemplazada por tierra.

EJEMPLO:

(a)Sin señal de voltaje de entrada

(b)Con señal de voltaje de entrada

VOLTAJE DE SEÑAL (CA) EN LA BASE

Se muestra una fuente de voltaje de ca, Vs conectada a la entrada en la figura (b). Si la resistencia interna de la fuente de ca es de 0Ω, entonces todo el voltaje de la fuente aparece en la base. No obstante, si la fuente de ca no tiene una resistencia interna cero, entonces se deben tener en cuenta tres factores al determinar el voltaje de señal real en la base: la resistencia de fuente(R), la resistencia de polarización (R1//R2) y la resistencia de

entrada de ca en la base del transistor Rent((base)). Esto se ilustra en la fig.(a) y se simplifica combinando R1,R2 y Rent(base) en paralelo para obtener la resistencia de entrada, Rent(tot) la cual es la resistencia “vista” por una fuente de ca conectada a la entrada, como se muestra en la fig. (b)

La siguiente fórmula expresa la resistencia de entrada total: Rent(tot)=R1//R2//Rent(base)

Como se puede ver en la figura, el voltaje de alimentación, Vs, se divide entre Rs(resistencia de la fuente) y Rent(tot), de modo que el voltaje de señal en la base del transistor se calcula con la fórmula del divisor de voltaje de la siguiente forma:

Vb= (Rent(tot) /Rs+Rent(tot))Vs

Si Rs <<Rent(tot), entonces Vb=Vs donde Vb en el voltaje de entrada, Vent al amplificador

RESISTENCIA DE ENTRADA EN LA BASE

Para desarrollar una expresión para la resistencia de entrada de ca viendo la base, se utiliza el modelo de parámetros r simplificando del transistor. La figura siguiente muestra el modelo del transistor conectado al resistor externo Rc en serie con el colector

Modelo del transistor de parámetro r conectado a un circuito externo

La resistencia de entrada viendo la base es:

Rent(base)=Vent /Ient =Vb/Ib

El voltaje en la base es

Vb=Ie r´e

Sustituyendo en lugar de Vb en Ib,

Rent(base)) =Vb/Ib=Ier´e/(Ie/βca

Eliminando Ie,

Rent(base)=βcar´e

RESISTENCIA DE SALIDA

La resistencia de salida del amplificador en la configuración en emisor común es la resistencia viendo el colector y es aproximadamente igual al resistor en serie con el colector

Rsal=Rc

En realidad Rsal=Rc//r´c, pero como la resistencia interna de ca en el colector del transistor, r´c, es en general mucho mas grande que Rc, la aproximación casi siempre es válida.

GANANCIA DE VOLTAJE

La Ganancia que determina la relación entre la entrada y la salida en un circuito. La Ganancia puede ser expresada como Factor de Multiplicación o en decibeles (dB). Como Factor de Multiplicación: Ganancia = voltaje de Salida / voltaje de Entrada Como relación en dB: 20 x log (voltaje de Salida / voltaje de Entrada) Si uno desea obtener la Ganancia de un amplificador de potencia (conocida como Ganancia de Voltaje) es necesario conocer el nivel de la señal de Salida para su correspondiente nivel de señal de Entrada.

Ejemplo A: La señal de Entrada inyectada a un amplificador de potencia es 0.5 volts, y la señal de Salida es 20 volts.Para obtener la Ganancia de Voltaje (como factor de Multiplicación ) se debe dividir 20 volts entre 0.5 volts.

Ganancia de Voltaje = Voltaje de Salida / Voltaje de EntradaGanancia de Voltaje = 20 volts / 0.5 voltsGanancia de Voltaje = 40

Ganancia de Voltaje (dB)= 20 x log (Voltaje de Salida / Voltaje de Entrada)Ganancia de Voltaje (dB)= 20 x log (20 volts / 0.5 volts)Ganancia de Voltaje (dB)= 20 x log (40)Ganancia de Voltaje (dB)= 20 x 1.6020Ganancia de Voltaje (dB)= 32 dB

Por lo tanto la señal de entrada será amplificada 40 veces

(32 dB) por dicho amplificador.

El capacitor de puenteo en paralelo con el emisor, el cual es CE en la primera figura, constituye un corto efectivo para la señal de ca al rededor del resistor en paralelo con el emisor por lo que este se mantiene a tierra de ca, como se ha visto. Con el capacitor de puenteo, la ganancia de amplificador dado es máxima e igual.

Se observa que la señal de entrada Vi se aplica a la base del transistor mientras que la salida Vo está en el colector.

Ejemplo:

*Determinar Av

GANANCIA DE VOLTAJE SIN EL CAPACITOR DE PUENTEO

Por otro lado sin el capacitor de puenteo, el emisor ya no está conectado a tierra de ca. En su lugar, RE es visto por la señal de ca entre el emisor y tierra y efectivamente se suma a r’e en la fórmula de ganancia de voltaje.

Av = (RC)/(r’e+RE)

GANANCIA DE CORRIENTE

La ganancia de corriente de la base al colector esta dada como:

Pero la ganancia de corriente total del emisor común es:

Is =Corriente de entrada de señal producida por la fuente.Ib =Corriente en la base.I polarización = Corriente que circula a través de circuito de polarización.

GANANCIA DE POTENCIA

La ganancia de potencia total es el producto de la ganancia de voltaje total (A’v) por la ganancia de corriente total (Ai)

Dado que la configuración CE (amplificador de emisor común) tiene amplificación tanto de corriente como de voltaje la ganancia de potencia es muy alta. Una elevada ganancia de potencia es deseable porque significa que el voltaje de salida puede controlar un circuito de baja impedancia si que disminuya mucho la amplificación de voltaje

Ejemplo:Calcular la amplificación de voltaje, corriente y potencia.

La amplificación de voltaje está dada por:

Sustituyendo:

La amplificación de corriente está dada por:

Sustituyendo:

El valor de polarización de la corriente Ib aumenta o disminuye 10µA según sea el voltaje (+ ó -) en la amplitud de la onda de corriente de la base del circuito.

Ib =60µA ± 10µA ; 70-50=20µA=0.02mA

El coeficiente de corriente es de 50 lo que hace que varíe la corriente del colector; 50x10=500µ=0.5mA pico.

La corriente Ic= 3mA±0.5mA

3.5-2.5=1Ma

La amplificación de potencia está dada por:

Sustituyendo:

BIBLIOGRAFÍA

FLOYD, THOMAS L. (2008)

DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS

EDITORIAL PEARSON

OCTAVA EDICIÓN

IMPRESO EN MÉXICO

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