Transistor como amplificador
Para que un transistor actúe como amplificador, debe estar polarizado correctamente. Discutiremos la necesidad de un sesgo adecuado en el próximo capítulo. Aquí, centrémonos en cómo funciona un transistor como amplificador.
Amplificador de transistores
Un transistor actúa como amplificador aumentando la fuerza de una señal débil. El voltaje de polarización de CC aplicado a la unión de la base del emisor hace que permanezca en condición de polarización directa. Esta polarización directa se mantiene independientemente de la polaridad de la señal. La siguiente figura muestra cómo se ve un transistor cuando está conectado como amplificador.
La baja resistencia en el circuito de entrada permite que cualquier pequeño cambio en la señal de entrada resulte en un cambio apreciable en la salida. La corriente del emisor causada por la señal de entrada contribuye con la corriente del colector, que cuando fluye a través de la resistencia de carga R L , da como resultado una gran caída de voltaje a través de ella. Por lo tanto, un voltaje de entrada pequeño da como resultado un voltaje de salida grande, lo que muestra que el transistor funciona como amplificador.
Ejemplo
Deje que haya un cambio de 0.1v en el voltaje de entrada que se aplica, lo que produce además un cambio de 1 mA en la corriente del emisor. Esta corriente del emisor obviamente producirá un cambio en la corriente del colector, que también sería de 1 mA.
Una resistencia de carga de 5 kΩ colocada en el colector produciría un voltaje de
5 kΩ × 1 mA = 5 V
Por tanto, se observa que un cambio de 0.1v en la entrada da un cambio de 5v en la salida, lo que significa que el nivel de voltaje de la señal se amplifica.
Rendimiento del amplificador
Dado que el modo de conexión de emisor común se adopta principalmente, primero comprendamos algunos términos importantes con respecto a este modo de conexión.
Resistencia de entrada
Como el circuito de entrada está polarizado hacia adelante, la resistencia de entrada será baja. La resistencia de entrada es la oposición que ofrece la unión base-emisor al flujo de la señal.
Por definición, es la relación entre un pequeño cambio en el voltaje base-emisor (ΔV BE ) y el cambio resultante en la corriente base (ΔI B ) a un voltaje colector-emisor constante.
Resistencia de entrada, $ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $
Donde R i = resistencia de entrada, V BE = voltaje base-emisor e I B = corriente base.
Resistencia de salida
La resistencia de salida de un amplificador de transistor es muy alta. La corriente del colector cambia muy levemente con el cambio en el voltaje colector-emisor.
Por definición, es la relación entre el cambio en el voltaje colector-emisor (ΔV CE ) y el cambio resultante en la corriente del colector (ΔI C ) a corriente base constante.
Resistencia de salida = $ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $
Donde R o = resistencia de salida, V CE = voltaje colector-emisor e I C = voltaje colector-emisor.
Carga efectiva del recolector
La carga está conectada al colector de un transistor y para un amplificador de una sola etapa, el voltaje de salida se toma del colector del transistor y para un amplificador de múltiples etapas, el mismo se recolecta de un circuito de transistor de etapas en cascada.
Por definición, es la carga total vista por la corriente alterna del colector. En el caso de amplificadores de una etapa, la carga efectiva del colector es una combinación en paralelo de R C y R o .
Carga efectiva del recolector, $ R_ {AC} = R_C // R_o $
$$ = \ frac {R_C \ times R_o} {R_C + R_o} = R_ {AC} $$
Por lo tanto para un solo amplificador de etapa, carga efectiva es igual a la carga de colector R C .
En un amplificador de etapas múltiples (es decir, que tiene más de una etapa de amplificación), la resistencia de entrada R i de la siguiente etapa también entra en el cuadro.
La carga efectiva del colector se convierte en una combinación paralela de R C , R o y R i , es decir,
Carga efectiva del recolector, $ R_ {AC} = R_C // R_o // R_i $
$$ R_C // R_i = \ frac {R_C R_i} {R_C + R_i} $$
Como resistencia de entrada R i es bastante pequeña, la carga por lo tanto eficaz se reduce.
Ganancia de corriente
La ganancia en términos de corriente cuando se observan los cambios en las corrientes de entrada y salida, se denomina como Current gain. Por definición, es la relación entre el cambio en la corriente del colector (ΔI C ) y el cambio en la corriente base (ΔI B ).
Ganancia actual, $ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $
El valor de β varía de 20 a 500. La ganancia de corriente indica que la corriente de entrada se convierte en β veces en la corriente del colector.
Ganancia de voltaje
La ganancia en términos de voltaje cuando se observan los cambios en las corrientes de entrada y salida, se llama Voltage gain. Por definición, es la relación entre el cambio en el voltaje de salida (ΔV CE ) y el cambio en el voltaje de entrada (ΔV BE ).
Ganancia de voltaje, $ A_V = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta V_ {BE}} $
$$ = \ frac {Cambio \: en \: salida \: actual \ veces efectivo \: carga} {Cambio \: en \: entrada \: corriente \ veces entrada \: resistencia} $$
$$ = \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i} = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} = \ beta \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} $$
Para una sola etapa, R AC = R C .
Sin embargo, para multietapa,
$$ R_ {AC} = \ frac {R_C \ times R_i} {R_C + R_i} $$
Donde R i es la resistencia de entrada de la siguiente etapa.
Ganancia de poder
La ganancia en términos de potencia cuando se observan los cambios en las corrientes de entrada y salida se denomina Power gain.
Por definición, es la relación entre la potencia de la señal de salida y la potencia de la señal de entrada.
Ganancia de potencia, $ A_P = \ frac {(\ Delta I_C) ^ 2 \ times R_ {AC}} {(\ Delta I_B) ^ 2 \ times R_i} $
$$ = \ left (\ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ right) \ times \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i} $$
= Ganancia de corriente × ganancia de voltaje
Por lo tanto, estos son todos los términos importantes que se refieren al rendimiento de los amplificadores.