UNIDAD I Transistores como Amplificadores
La
polarización en un transistor es la responsable de establecer las corrientes y
tensiones que fijan su punto e trabajo en la región lineal (bipolares)o saturación
(FET),regiones en donde los transistores presentan características mas o menos
lineales. Al aplicar una señal alterna a la entrada, el punto e trabajo se
desplaza y amplifica esa señal. El análisis del comportamiento del transistor
en amplificación se simplifica cuando se utiliza un modelo de pequeña señal
obtenido a partir del análisis del transistor a pequeñas variaciones e
tensiones y corrientes en sus terminales. El transistor puede ser modelado a
través e un circuito lineal que incluye equivalentes Thevenin,
Norton y principios e teoría e circuitos lineales.
Amplificador con polarización de base
El acoplamiento sucede cuando la
reactancia del condensador de acoplo es mucho menor que la resistencia a la
frecuencia más baja de la fuente de señal. En un amplificador con polarización
de base, la señal de entrada se acopla a la base. Esto produce una tensión
alterna de colector. Así la tensión alterna de colector amplificada e invertida
se acopla a la resistencia de carga.
Amplificador con polarización y de
emisor
El desacoplamiento sucede cuando la
reactancia del condensador de desacoplo es mucho menor que la resistencia a la
frecuencia más baja de la fuente de señal. El punto desacoplado es una masa
para señal. Tanto con amplificadores PDT como PEDF, la señal se acopla a la
base. La señal amplificada se acopla después a la resistencia de carga.
Analizar un amplificador
Para analizar un amplificador consiste
en dividir el análisis en dos partes: un análisis para continua y un análisis
para señal o alterna. En el análisis para continua los condensadores están
abiertos. En el análisis para señal los condensadores están en cortocircuito y
las fuentes continuas son masas para señal.
Amplificador
Dispositivo
para aumentar la amplitud, o potencia, de una señal eléctrica. Se utiliza para
ampliar la señal eléctrica débil captada por la antena de un receptor de radio,
la emisión débil de una célula fotoeléctrica, la corriente atenuada de un
circuito telefónico de larga distancia, la señal eléctrica que representa al
sonido en un sistema de megafonía y para muchas otras aplicaciones. Un
dispositivo de amplificación de uso muy común es el transistor. Otras formas de
dispositivos amplificadores son los distintos tipos de tubos de vacío
termoiónicos como el triodo, el pentodo, el klistrón
y el magnetrón.
Las pequeñas
variaciones en la tensión de entrada generan variaciones correspondientes, pero
mucho mayores, en la tensión de salida. El coeficiente de estos cambios de
tensión se denomina factor de amplificación. Cuando el factor de amplificación
supera una determinada cantidad en un tubo termoiónico, la señal de salida deja
de coincidir con la señal de entrada y queda distorsionado. Esta situación se
mitiga haciendo funcionar el amplificador por debajo del factor de
amplificación máximo. Cuando se requiere mayor amplificación de la que es
posible en una misma fase de amplificación (es decir, en un transistor o en un
tubo de vacío y sus circuitos asociados) se utiliza un amplificador multigradual o secuencial. La salida de una fase es
utilizada como entrada por la siguiente. La amplificación de los circuitos
fotoeléctricos puede incrementarse utilizando fototubos
altamente sensibles, denominados fotomultiplicadores.
Los
transistores han sustituido en gran medida los tubos de electrones en los
dispositivos más comunes. Estos elementos semiconductores de estado sólido
ofrecen un alto factor de amplificación, funcionan sin distorsión en una amplia
banda de frecuencias y pueden ser extremadamente pequeños. Utilizando técnicas
de circuito integrado es posible colocar miles de amplificadores de transistor
en pequeñísimas placas de silicio.
La respuesta
a los impulsos de un amplificador determina su capacidad de reproducir un pulso
de entrada de onda cuadrada de forma rápida y precisa; las entradas de ondas
cuadradas son dirigidas hacia un amplificador para su recuento o cronometraje.
La respuesta a los impulsos es importante en los circuitos informáticos
digitales, la modulación por impulsos codificados y los instrumentos de radar y
nucleares, es decir, dondequiera que se procesen pulsos de onda cuadrada de
alta frecuencia.
Los
amplificadores con características de bajo nivel de ruido son esenciales para
los satélites de comunicaciones. Las señales electromagnéticas de microondas
(de frecuencia extremadamente alta) son amplificadas por dispositivos máser
(amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación). En lugar de
amplificar corriente eléctrica el máser amplifica directamente las señales electromagnéticas.
Los
amplificadores suelen clasificarse por el tipo de elementos eléctricos del
circuito. Los amplificadores de acoplamiento por inductancia están conectados
sobre todo por bobinas y transformadores; los de acoplamiento por capacitancia mediante condensadores, y los de acoplamiento
por impedancia mediante reóstatos. Los amplificadores de acoplamiento directo
están conectados sin ese tipo de componentes eléctricos, y se utilizan para
alternar corrientes de muy baja frecuencia, como las que se producen en muchos
ordenadores analógicos. Las demás modalidades se emplean para bandas de
frecuencias amplias. Los amplificadores de audiofrecuencias funcionan entre 0 y
100.000 ciclos por segundo (hercio), o 100 kilohercios (kHz).
Los amplificadores de banda intermedia sirven para las frecuencias entre 400 kHz y 5 millones de Hz.
Tipos de Acoplamiento
Acoplamiento
por condensador
El condensador de acoplo transmite la
tensión de señal amplificada a la siguiente etapa.
Características de un Amplificador
Todos los amplificadores electrónicos
tienen cuatro características principales; que relacionan las variables
presentes en los terminales del amplificador:
Vi, ii : Voltaje y corriente de entrada
Vo,io : Voltaje y
corriente de salida
Las características son:
Zi = Vi / ii :Impedancia de entrada,
es una medida de cómo el amplificador carga el circuito que le entrega energía.
Zo = Vo / io |vi=0
: Impedancia de salida es una medida de que tan bueno es el amplificador como
fuente de energía frente al circuito al cual entrega energía.
Av = Vo /Vi :Ganancia de voltaje sin
carga, es una medida de cuanto amplifica el voltaje Vi
generando un voltaje Vo.
Ai = io /ii :Ganancia de corriente sin
carga, es una medida de la amplificación de la corriente.
r’e=25mV/IE
Cuando se conocen estos valores se
establece un circuito equivalente en el que el amplificador se comporta como
una resistencia en los terminales de entrada y un circuito Thevenin
o Norton a la salida.
