En este subapartado, introduciremos la topología de amplificador en base co- mún que toma la forma representada en la figura 43.
Figura 43
Circuito amplificador en base común.
Figura 43. Amplificador en base común
VCC RC RE R1 R2 vo (t) vi (t) E C B CB CB + –
Notad dos características importantes de esta configuración:
• El BJT está en configuración de base común, ya que la base es el terminal que se comparte entre los circuitos de entrada y de salida en alterna cuando sustituimos los condensadores por cortocircuitos.
• Sin embargo, la polarización es de emisor por división de tensión.
Para comprobar que la polarización es de tipo división de tensión, podemos comenzar con el análisis del circuito en continua. Para ello, sustituimos los condensadores por circuitos abiertos. Entonces obtenemos el esquema de la figura 44.
Si en la figura 44 sustituimos el condensador por un circuito abierto, compro- baréis que es exactamente la polarización por división de tensión que vimos en el subapartado 2.1.2. Por lo tanto, el procedimiento de análisis de continua es el mismo que vimos en ese subapartado. De esta forma, ya conocemos el comportamiento en continua del circuito.
•
Figura 44
Análisis en continua del amplificador en base común. Se observa que la
polarización se corresponde con una de división de tensión.
Figura 44. Análisis en continua del amplificador en base común
VCC RC RE R1 R2 vo (t) E C B Cb + –
También podemos deducir del análisis de continua el papel de los conden- sadores CB. De la misma forma que para el amplificador en emisor común,
actúan desacoplando la componente continua de la fuente del circuito de po- larización. De este modo, en el circuito de la figura 44 no aparece la entrada
videbido a que los condensadores se han convertido en circuitos abiertos. En
consecuencia, la entrada no cambia el punto de polarización del BJT conse- guido gracias al circuito de polarización.
Además, en la figura 44, podéis ver que, cuando sustituimos el condensador por un cortocircuito, es decir, realizamos el análisis en alterna, la fuente de tensiónVcc se debe poner entonces a cero y las resistenciasR1yR2aparecen conectadas a masa. Como consecuencia, en alterna desaparecen y no tienen ningún papel.
Ahora que hemos visto cómo queda el circuito en continua, seguimos con al análisis en alterna. Para ello, seguimos una vez más el procedimiento expuesto en el subapartado 2.4:
1) Ponemos los condensadores en cortocircuito y anulamos las fuentes de tensión de continua. El resultado es el circuito de la figura 45.
Figura 45
Circuito simplificado para el análisis en alterna del amplificador en base común. Figura 45. Análisis en alterna del amplificador en base común
RC RE vo (t) vi (t) E C B
•
Vemos que convertir los condensadores en cortocircuitos ha hecho que des- aparezcan las resistenciasR1yR2. En este sentido, ocurre lo mismo que para el amplificador en emisor común: desaparece la resistencia que está conectada al terminal que hace de terminal común. Aquí es la resistencia conectada a la base y en el subapartado 2.4.1 era la resistencia de emisor,RE.
Condensadores en alterna
Recordad que consideramos que los condensadores son suficientemente grandes como para que se comporten como cortocircuitos en alterna (es decir, a frecuencias intermedias).
Ahora que ya tenemos el circuito preparado, podemos pasar al siguiente paso.
2) Identificamos el terminal que actúa como común; en este caso es la base, ya que es el terminal conectado a masa que es común a todo el circuito y la salida se toma en el colector.
3) Sustituimos el BJT por su modelo de pequeña señal, que será a modo de ejemplo el modelo de parámetros r de la figura 32. En este paso, tendremos que tener cuidado de conectar los terminales en la posición correcta. El resul- tado está mostrado en la figura 46.
Figura 46
Circuito lineal de
amplificador en base común. El BJT se ha sustituido por su modelo de parámetros r. Figura 46. Modelo lineal del amplificador en base común
R1 RC RE vo (t) vi (t) E C Parámetros r B IB IE rE IC βIB
4) Ahora que ya tenemos el circuito lineal, podemos aplicar cualquier técnica de análisis de circuitos lineales para conocer el funcionamiento del circuito.
Como hemos hecho antes, calcularemos los tres parámetros que nos interesan: ganancia de voltaje, resistencia de entrada y resistencia de salida de forma separada. Comenzamos con la ganancia en voltaje.
Ganancia en voltaje de un amplificador en base común
En este subapartado, vamos a calcular la ganancia en voltaje del amplificador en base común presentado en la figura 46. La ganancia en voltaje se define como:
Av= vo vi
(152)
dondevies el voltaje de entrada yvoes el voltaje de salida, que es el terminal
de colector. Así pues, tenemos que calcular ambos voltajes y luego hacer su división:
•
• Comenzamos calculando el voltajevi. En la figura 46, podéis ver que el
voltajevies exactamente la caída de potencial en la resistenciarE, ya que la
fuente y las resistenciasREyrEestán en paralelo. Podríamos haber tomado
la resistenciaRE, pero no lo hemos hecho porque el cálculo de la caída de
potencial en rE es más sencillo. Entonces, la caída de potencial en rE se
puede calcular a partir de la ley de Ohm:
vi=IErE (153)
Ahora bien, de la ley de Kirchhoff de corrientes sabemos que:
IE=IB+βIB= (1 +β)IB (154)
Por lo tanto, el potencial de entrada es:
vi=IErE= (1 +β)IBrE (155)
• Ahora calculamos el potencial de salidavo. El potencial de salida es la caída
de potencial en la resistenciaRC. La ley de Ohm nos permite escribir:
vo=ICRC (156)
Si ahora tenemos en cuenta queIC=βIB, entonces:
vo=βIBRC (157)
y ya tenemos calculados ambos voltajes.
Finalmente, lo único que nos quedará por hacer para conocer la ganancia es realizar la división de la ecuación 157 entre la 155.
.
La ganancia del amplificador en base común es:
Av= vo vi = βIBRC (1 +β)IBrE = βRC (1 +β)rE (158)
Si ahora utilizamos que β >> 1 como explicamos en el subapartado 1.5.1,
entonces:
β
•
y podremos obtener la versión simplificada de la ganancia:
Av= RC rE
(160)
Vemos que, en este caso, queda con signo positivo, es decir el amplificador no invierte la polaridad de la señal de entrada, al contrario de lo que hacía el amplificador en emisor común en la ecuación 136. Calculemos ahora las resistencias de entrada y salida.
Resistencia de entrada del amplificador en base común
En este subapartado, vamos a calcular la resistencia de entrada del amplifi- cador en base común. No vamos a realizar el proceso con todo detalle, ya que hemos de seguir unos pasos completamente análogos a los seguidos en el subapartado 2.4.1 en el cálculo de la resistencia de entrada del amplificador en emisor común. Nos limitaremos a indicar su valor y realizar un pequeño comentario sobre su orden de magnitud. La resistencia de entrada del ampli- ficador en base común está dada por:
Rin=RE//re= REre
RE+re (161)
De la ecuación 161 se puede deducir que como
re<<RE (162)
debido a que la resistencia dinámica de emisor toma valores bajos como vimos en el subapartado 2.3.2, entonces el valor de la resistencia de entrada será del orden dere:
Rin≃re (163)
y, por lo tanto, pequeña. El amplificador en base común es un amplificador con una resistencia de entrada pequeña. A modo de conclusión:
.
La resistencia de entrada del amplificador en base común está dada por:
Rin=RE//re= REre
RE+re ≃re (164)
•
Resistencia de salida del amplificador en base común
De la misma forma que hemos hecho en el subapartado anterior para el cálcu- lo de la resistencia de entrada, no vamos a realizar su cálculo detallado, sino que indicaremos su valor y daremos una idea de su orden de magnitud.
.
La resistencia de salida del amplificador en base común es:
Ro=RC (165) Resistencias de entrada y de salida Recordad que el comportamiento ideal se corresponde a que la resistencia de entrada sea muy grande y la de salida muy pequeña.
Como veis, la resistencia de salida es la resistencia de colector, que suele ser habitualmente del orden de unos kiloohmnios. A modo de conclusión, vemos que el transistor en base común presenta una gran amplificación en voltaje pe- ro que tiene unas resistencias de entrada y de salida que se alejan bastante del comportamiento ideal. Finalmente, analicemos la configuración del transistor que falta, que es la de colector común.