transistor bipolar como amplificador

El transistor bipolar como amplificador
El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos (Modelo de Ebers-Moll), uno entre base y emisor, polarizado en directo y otro diodo entre base y colector, polarizado en inverso. Esto quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensión igual a la tensión directa de un diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4para el germanio.
Lo interesante del dispositivo es que en el colector tendremos una corriente proporcional a la corriente de base: IC = β IB, es decir, ganancia de corriente cuando β>1. Para transistores normales de señal, β varía entre 100 y 300. Entonces, existen tres configuraciones para el amplificador:
Emisor común.
La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el colector.El emisor se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia tanto de tensión como de corriente y alta impedancia de entrada. En caso de tener resistencia de emisor, RE > 50 Ω, y para frecuencias bajas, la ganancia en tensión se aproxima bastante bien por la siguiente expresión:

y la impedancia de salida, por RC

Como la baseestá conectada al emisor por un diodo en directo, entre ellos podemos suponer una tensión constante, Vg. También supondremos que β es constante. Entonces tenemos que la tensión de emisor es:

Y la corriente de emisor:

La corriente de emisor es igual a la de colector más la de base

Despejando

La tensión de salida, que es la de colector se calcula como:

Como β >> 1, se puedeaproximar:

y, entonces

Que podemos escribir como

Vemos que la parte

es constante (no depende de la señal de entrada), y la parte

nos da la señal de salida. El signo negativo indica que la señal de salida está desfasada 180º respecto a la de entrada.
Finalmente, la ganancia queda:

La corriente de entrada,

que aproximamos por

Suponiendo que VB>>Vg , podemos escribir:

yla impedancia de entrada:

Para tener en cuenta la influencia de frecuencia se deben utilizar modelos de transistor más elaborados. Es muy frecuente usar el modelo en pi.
Base común.
La señal se aplica al emisor del transistor y se extrae por el colector. la base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia sólo de tensión. Laimpedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base. Si añadimos una resistencia de emisor, que puede ser la propia impedancia de salida de la fuente de señal, un análisis similar al realizado en el caso de emisor común, nos da la ganancia aproximada siguiente:


La base común se suele utilizar para adaptarfuentes de señal de baja impedancia de salida como, por ejemplo, micrófonos dinámicos.
Colector común.
La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia de corriente, pero no de tensión que es ligeramente inferior a la unidad. Esta configuraciónmultiplica la impedancia de salida por β.

El transistor bipolar frente a la válvula termoiónica
Antes de la aparición del transistor los ingenieros utilizaban elementos activos llamados válvulas termoiónicas. Las válvulas tienen características eléctricas similares a la de los transistores de efecto campo (FET): la corriente que los atraviesa depende de la tensión en el borne de comando, llamadorejilla. Las razones por las que el transistor reemplazó a la válvula termoiónica son varias:
Las válvulas necesitan tensiones muy altas, del orden de las centenas de voltios, que son letales para el ser humano.
Las válvulas consumen mucha energía, lo que las vuelve particularmente poco útiles para el uso con baterías.
Probablemente, uno de los problemas más importantes haya sido el...