1.2.6 AMPLIFICADOR EN COLECTOR COMUN Este amplificador se caracteriza por tener una muy alta impedancia de entrada, una muy baja impedancia de salida , una ganancia de voltaje ligeramente menor a la unidad, y ganancia de corriente alta. Todas estas características lo hacen útil como acoplador de impedancias. Amplificador en Colector Común Circuito equivalente en C.D Circuito equivalente de C.A Siguiendo los pasos y procedimientos anteriores, el siguiente paso sera el de representar al transistor por el modelo de señal pequeña de parámetros “h” para la configuración de colector común, sin embargo el circuito resultante es un circuito que no suele utilizarse en la practica. En la práctoca, su análisis es desarrollado mediante representación de parámetros “h” correspondientes a la configuración de emisor común. ANALISIS DE CA El voltaje de base viene dado por Vb Vbe Ve estos voltajes en términos de las corrientes del trasistor quedan expresados como: Vb (hie )(ib ) ( RL´ )(ie ) expresando la corriente de emisor en términos de la corriente de base: Vb (hie )(ib ) ( RL´ )(h fe 1)(ib ) Vb [h fe (h fe 1)( RL´ )] esta ecuación puede ser representarla mediante el siguiente circuito con este circuito, podemos obtener el valor de la impedancia de entrada Zi RB ||[hie (h fe 1)( RL´ )] la ganancia de voltaje puede encontrarse a partir de la multiplicación de diverso factores Av vL vL vec vbc vS vec vbc vS vL 1 vec ' ( h fe 1)( RL ) vec vbc h ( h 1)( R ' ) ie L fe RB || [hie (h fe 1)( RL' )] vbc vS RB || [hie (h fe 1)( RL' )] rS haciendo k [hie (h fe 1)( RL´ )] con la intención de simplificar Vbc RB || k VS RB || k rS ( RB )(k ) Vbc RB k VS ( RB )(k ) rS RB k ( RB )(k ) Vbc RB k ( RB )(k ) ( RB )(rs ) (k )(rS ) VS RB k Vbc RB k ( RB )(rS ) VS RB rS k RB rS Vbc RB VS RB rS k k (rS || RB ) Multiplicando los factores: Vec Vbc Vbc V S Obtenemos: Av ' vL (h fe 1)( RL ) RB vS hie (h fe 1)( RL' ) RB rS [hie (h fe 1)( RL' )] ' [hie (h fe 1)( RL )] ( rS || RB ) Dividiendo numerador y denominador por (hfe 1)(RL´ ) : vL RB 1 Av vS RB rS hie ( rS || RB ) 1 (h 1)( R ' ) L fe Generalmente: (hfe 1)( RL' ) (hie rS || RB ) Av VL RB VS rS RB Además casi siempre rS RB Av VL 1 VS Para obtener la ganancia de corriente se utiliza el siguiente circuito: Ai i L i L ie iS ie ib ib iS iL RE ie R E R L ie hfe 1 ib ib RB iS [ RB hie (h fe 1)( RL' )] RE RB Ai h fe 1 ' RE RL [ RB hie (h fe 1)( RL )] Por lo que respecta al cálculo de la impedancia de salida Zo se observa que esta impedancia corresponde a la resistencia de Thevenin vista por el capacitor CE en el amplificador de emisor común. Zo RE || hie ( rS || RB ) (h fe 1) Ejercicio: Para el amplificador que se muestra en la figura, determinar lo siguiente: a) La impedancia de entrada y la impedancia d salida v b) La ganancia de voltaje Av L . vS i c) Su ganancia de corriente Ai L . iS d) El valor de los capacitores para que la frecuencia de corte en frecuencias bajas sea de 50 Hz. En los incisos, a, b, c, suponer que todos los capacitores tienen reactancia despreciable a la frecuencia de la señal. R1=18k R2=90k RE= RL=1.2k RC=4.8k hfe=125 Vcc=12V rS=50 De acuerdo a polarizaciones anteriores I 1mA V = 6V hie=3125 CQ CEQ Además R ' 600 R r 50 L B s Soluciòn: a) Z i R B hie (h fe 1) R ' 15000 3125 125 1 600 12599.359 L h ie R B r S 1200 h fe 1 Z o RE 3125 15000 50 24.678 125 1 b) Av (h fe 1) R 'L h ie (h fe 1) R 'L R B R r B s h (h 1) R ' L fe ie h (h 1) R ' R L B fe ie 3125 (125 1)600 r s (125 1)600 15000 0.956 3125 (125 1)600 15000 50 3125 (125 1)600 15000 50 c) 50 12600 Ai i L Av r s Z i 0.9565 1200 10.083 is RL Tomando el diagrama de señal pequeña y localizando la posición de los capacitores. A frecuencia de corte: RTH Ci Z i R s 12560 C i 2 f 1 X Ci 1 215.628nF 2 f (12650) RTH Co Z o R C o 2 f 1 X Co L 1225 1 2.6F 2 f (1225) RTH Cc R c 4800 C c 2 f 1 X Ci 1 663.145nF 2 f (4800) 1 Ejemplo de diseño de un amplificador de señal pequeña en Colector común (Emisor Seguidor) Propuesta para diseño: Diseñar un amplificador en Colector Común en donde el transistor 2N3904 se encuentre polarizado por divisor de tensión. Dado que la ganancia de voltaje de este amplificador es de aproximadamente 1, entonces partiremos como opción de diseño el de cumplir con una determinada ganancia de corriente. Sabemos que la impedancia de entrada de este amplificador es muy grande, esto significa que la ganancia de corriente se vera grandemente disminuida, pues la mayor parte se ira por la RB de polarización, la que además debe cumplir con los criterios de estabilidad. El amplificador en Colector Común es el que se muestra en la figura: VCC R2 R1 RE is ie Dada las circunstancias anteriores, significa que no podemos obtener una ganancia de i i corriente elevada para la relación e (sin embargo la relación e hfe 1 la cuál si es ib is alta) ie 14 is El circuito equivalente de señal pequeña para la unión B-E es Nuestro propósito de diseño es de obtener una ganancia la ganancia ie viene dada por is 2 La ganancia i (hfe 1) RB hfeRB ie viene dada por e is hie (hfe 1) RE RB hfehie hfeRE RB is Dado que el criterio para estabilidad del punto de operación para cambios de es 1 RB hfeR E 10 Al sustituir tenemos ie 0.1hfe2 RE is hfehib hfeRE 0.1hfeRE ie 0.1hfe RE is hib RE 0.1RE ie 0.1hfe RE 1hfe RE is hib 1.1RE 10hib // RE Si elegimos ICQ 1mA y hfe 150 en un transistor 2N3904, entonces si queremos una ganancia de valor Ai tenemos que 3 ie hfeRE Ai is 10 VT // R E I CQ hfeRE Ai [10 VT // RE ] I CQ hfeRE Ai [10 25 // RE ] 1 hfeRE 250 Ai // Ai RE // Ai RE hfeRE 250 Ai RE [// Ai RE hfe] 250 Ai RE 250 Ai 11Ai hfe Por lo tanto, Si queremos una ganancia de corriente Ai ie 14 is Entonces. RE 250(10) //(40) 150 RE 2500 154 150 RE 625 4 Siendo de 620 su valor comercial más cercano. Dado que debe existir un voltaje de 6V entre colector y emisor, significa que se requiere un resistor de colector, como se muestra en la siguiente figura. VCC R2 RC CC R1 RE Para calcular Rc: VRc VCC VCE VRE VRc 12V 6V 625(1m A) VRc 12V 6V 0.625V VRc 5.375V RC VRE 5.375V 5.38K I CQ 1m A Siendo su valor comercial más cercano RC 5.1K Los valores de R1 y R2 se calculan como siempre RB R1 V 1 B VCC RB 1 150 RE 620 9.3K 10 10 5 VBB I CQ ( R1 RB RE ) VBE 1.38V 9300 10.5K 1.38 1 12 Siendo su valor comercial el de 10 K R1 10K Calculando R2 . V 12 R2 CC RB 9300 VBB 1.38 R2 80.88K Siendo su valor comercial R2 82K En resumen, los elementos de diseño son: VCC 12V R1 10K R2 82K RE 620 RC 5.1K hfe 150 Transistor 2N3904 6