Introducción a la amplificación de señales pequeñas.

Es muy importante considerar que, desde el punto de vista de la corriente alterna, los circuitos amplificadores son muy distintos a los de corriente continua. Por ejemplo, las líneas de carga son completamente diferentes en los dos tipos de corriente. La polarización de un transistor tiene lugar únicamente en operación con corriente continua. El propósito, sin embargo, es el de establecer un punto Q en el que las variaciones de tensión y corriente sucedan en respuesta a una señal de corriente alterna. En las aplicaciones donde es necesario amplificar tensiones de señales muy pequeñas, como ocurre, por ejemplo, con las antenas, las variaciones en torno al punto Q son relativamente menores. Los circuitos diseñados para manejar magnitudes menores de corriente alterna se conocen como amplificadores de señal pequeña.

En la imagen que se encuentra a continuación se muestra un transistor polarizado con una fuente de tensión alterna, con acoplamiento capacitivo en la base y una carga en el colector de acoplamiento también capacitivo. Los condensadores de acoplamiento bloquean la corriente continua y así previenen que las resistencias de la fuente y de la carga modifiquen la tensión de polarización de la base y el colector. La tensión de la señal ocasiona que el voltaje de la base varíe por encima y debajo del valor de polarización de corriente continua. La variación resultante en la corriente de la base produce una variación mayor de la corriente del colector debido a la ganancia de intensidad del transistor.

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Amplificador con polarización de divisor de tensión controlada por una fuente de tensión alterna con resistencia interna Rs

Al aumentar la corriente del colector, disminuye la tensión del colector-emisor. La corriente del colector oscila por encima y debajo del valor de su punto Q en fase con la corriente de la base. Por su parte, la tensión de colector y emisor también oscila por encima y debajo del valor de su punto Q, pero con un desfase de 180° en relación con la tensión de la base, como ya se describió en la sección dedicada a la polarización.

Circuito equivalente de corriente alterna de transistores

Para ilustrar mejor el servicio de un transistor en un circuito amplificador, es de mucha utilidad representar el dispositivo por medio de un circuito equivalente, el cual utiliza varios parámetros internos del transistor a fin de representar su funcionamiento. En este contexto, existen varias formas de representación. Por ejemplo, un método se basa en los parámetros h (parámetros híbridos, especificados usualmente en la ficha técnica del fabricante). Otra forma consiste en observar los parámetros r (de fácil identificación por medio del funcionamiento del circuito). Las tablas que se encuentran a continuación muestran los cuatro parámetros h básicos de corriente alterna. El circuito indica la forma general que adopta el circuito equivalente de parámetros h. Específicamente se tienen tres tipos de circuitos equivalentes híbridos para configuraciones de emisor común, base común y colector común, cada uno de ellos con parámetros h diferentes.

Parámetros h de corriente alterna con subíndices

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Circuito equivalente general de parámetros h para un transistor de corte con unión bipolar

Los parámetros r se representan en la siguiente tabla. No obstante, el análisis de los amplificadores de señal pequeña que utilizan estos circuitos equivalentes de corriente alterna no forma parte de este curso. Si le resultara necesario diseñar dichos circuitos, le recomendamos consultar literatura adecuada, donde se realice dicho análisis con las diferentes configuraciones de circuito y un punto de referencia común.

Relaciones de los parámetros h en las tres configuraciones de amplificadores

En la siguiente sección se introducen algunas consideraciones importantes acerca de las diferentes configuraciones con punto de referencia común. Algunas de ellas también aparecerán en los ejercicios.

En este ejemplo, la tensión de entrada se aplica a la base y la de salida al colector del transistor. La conexión del emisor es el punto de referencia común de las tensiones de entrada y salida.

• Si la resistencia de carga está conectada a la salida del colector a través de un condensador de acoplamiento, se reduce la ganancia del circuito.
• Un condensador conectado en paralelo a RE, representado por C3 en la imagen siguiente, aumenta la ganancia del amplificador.
• Para estabilizar la ganancia, frecuentemente se desacopla RE parcialmente para reducir la influencia que ejerce este componente, aunque la ganancia se reduzca.
• La tensión de salida del colector está desfasada en 180° con respecto a la tensión de entrada de la base. Este desfase se indica en ocasiones por medio de un signo negativo colocado antes del valor de ganancia de tensión.

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Amplificador con circuito de emisor común

En un circuito de colector común, la tensión de entrada se aplica en la base, el emisor es la salida y el colector es el punto común de referencia de las tensiones de entrada y salida (con una fuente de tensión común).

• Esta configuración es conocida usualmente como circuito de seguidor de emisor.
• La tensión de entrada se aplica a la base a través de un condensador de acoplamiento y el emisor es la salida.
• No se integra ninguna resistencia en el colector.
• La ganancia de tensión es aproximadamente igual a 1.
• La ventaja principal de este circuito radica en su elevada resistencia de entrada.

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Seguidor de emisor con polarización por divisor de tensión

En este circuito, la entrada está en el emisor, la salida en el colector y la base es el punto común de referencia.

• Esta es la menos utilizada de las tres configuraciones básicas mencionadas.
• Propiedades: alta ganancia de tensión sin ganancia de corriente.
• Tiene una resistencia de entrada baja, por lo cual es la más apropiada para ciertas aplicaciones de alta frecuencia donde las fuentes de tensión suelen tener salidas de muy baja resistencia.

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Amplificador con circuito de base común y polarización por divisor de tensión

 El parámetro r βac es un factor decisivo para determinar la resistencia de entrada. El valor de ßac del transistor limita la máxima resistencia de entrada posible de un circuito seguidor de emisor. Una manera de aumentar dicha resistencia consiste en utilizar un transistor Darlington como el que se muestra en la siguiente imagen. Con este fin se conectan entre sí los colectores de los dos transistores y, en este caso, el emisor del primero controla la base del segundo. Los transistores Darlington son ampliamente utilizados en amplificadores de potencia de audio, conmutadores de motores de corriente de alta intensidad y otras aplicaciones de conmutación de potencia.

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