Amplificador en emisor común

Programas: Sek II, A-level (Electronics), electronics courses

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Objetivo

Montar una etapa amplificadora con transistor, hallar su punto de trabajo y su ganancia de tensión.

El montaje

Una fuente de 9 V alimenta un transistor NPN (\(\beta\) = 100): el colector a través de una resistencia de 2,2 kΩ, la base a través de una resistencia de polarización de 470 kΩ, el emisor a través de una resistencia de 470 Ω hasta el cable común. Una fuente de tensión alterna (onda senoidal, amplitud 0,2 V, 1 kHz) aplica la señal a la base a través de un condensador de 10 µF. Osciloscopio: CH1 — la salida de la fuente alterna (100 mV/div), CH2 — el colector (500 mV/div, acoplamiento AC), 0,5 ms/div.

Procedimiento

1. Cuando se abra la práctica, espere un par de segundos: el condensador se carga y el punto de trabajo se estabiliza. Compare las dos trazas: el valor pico a pico y la fase de la señal en la entrada y en el colector.
2. Halle la ganancia de tensión: el cociente entre el valor pico a pico en el colector y el valor pico a pico en la entrada.
3. En CH2 seleccione el acoplamiento DC y 2 V/div, y estime la tensión continua en el colector.
4. Aumente la amplitud de la fuente alterna a 1 V y pase CH1 a 0,5 V/div.
5. En la tarjeta de parámetros de la resistencia de emisor, cambie 470 Ω por 220 Ω, y vuelva a poner la amplitud de la fuente alterna en 0,2 V.

Resultado esperado

La señal en el colector es mayor que la de entrada y está en oposición de fase con ella: unos 1,8 V pico a pico frente a 0,4 V, una ganancia de unos 4,5 — próxima al cociente entre las resistencias de colector y de emisor, 2,2 kΩ / 470 Ω. La tensión continua en el colector es de unos 5,4 V. Por cálculo, la corriente de colector es de unos 1,6 mA y el emisor está a unos 0,77 V — el banco no muestra estos valores. Con una amplitud de 1 V la senoide de salida se recorta: por arriba el transistor se corta, por abajo, cerca de la tensión de emisor, el transistor entra en saturación. Con una resistencia de emisor de 220 Ω la ganancia se duplica aproximadamente, y el punto de trabajo se desplaza. Una sola resistencia de polarización fija la corriente de base, y la corriente de colector es \(\beta\) veces mayor, así que el punto de trabajo depende de \(\beta\). Los transistores reales del mismo tipo tienen distinta \(\beta\), de 100 a 300. Ponga Ganancia de corriente β = 300 en la tarjeta de parámetros del transistor: la polarización pide ahora una corriente de colector de unos 4 mA, más de lo que pueden dejar pasar las resistencias de 2,2 kΩ y 470 Ω, y el transistor se satura a unos 3,3 mA. Sin señal el colector queda a unos 1,7 V, solo 0,2 V por encima del emisor; con la señal de 0,2 V las semiondas inferiores ya se recortan, y el valor medio de la tensión de colector es de unos 2,7 V. Por eso los amplificadores reales polarizan la base con un divisor formado por dos resistencias.

Preguntas

1. ¿Por qué la señal de salida está en oposición de fase con la de entrada?
2. ¿Por qué hace falta un condensador entre la fuente alterna y la base?
3. ¿Por qué no se puede duplicar la ganancia simplemente usando una resistencia de colector del doble, 4,4 kΩ? ¿Dónde quedaría el punto de trabajo?

Respuestas

1. Cuando la tensión de entrada sube, la corriente de base y la corriente de colector crecen, y con ellas la caída de tensión en la resistencia de colector de 2,2 kΩ. La tensión de colector es 9 V menos esta caída, así que baja cuando la entrada sube.
2. El condensador deja pasar la señal de 1 kHz (su reactancia es de solo unos 16 Ω) y bloquea la corriente continua. El otro borne de la fuente alterna está en el cable común, así que sin el condensador la fuente mantendría la base cerca de 0 V a través de su baja resistencia: la polarización de la resistencia de 470 kΩ se perdería, y el transistor seguiría cortado, porque una señal de 0,2 V es demasiado pequeña para ponerlo en conducción.
3. La corriente de colector la fija la corriente de base y se mantiene en unos 1,6 mA, así que en una resistencia de 4,4 kΩ caerían unos 1,6 mA · 4,4 kΩ ≈ 7,0 V, y el colector quedaría a unos 2 V, solo unos 1,2 V por encima del emisor. El punto de trabajo se acercaría a la saturación. La salida, ahora de unos 3,6 V pico a pico, no cabría en el espacio que queda por debajo, y sus semiondas inferiores se recortarían ya con la entrada de 0,2 V.