Cálculo de un preamplificador en emisor común

Cálculo de un preamplificador en emisor común
En este artículo se va a abordar el cálculo de una pequeña etapa preamplificadora basada en un transistor bipolar en configuración de emisor común. El esquema completo de la etapa será el siguiente:

Las características que vamos a exigirle a nuestro preamplificador (o sea, las especificaciones que vamos a considerar para el cálculo) son unadeterminada ganancia en tensión (Av), una impedancia de salida (Zs) concreta, un ancho de banda mínimo (B) y una tensión de alimentación (Vcc).
Elección del transistor:
Empecemos por elegir un transistor adecuado a esta aplicación. Se debe tratar de un modelo de pequeña señal y, suponiendo que va amplificar señales de audiofrecuencia (20Hz a 20KHz, por tanto este sería el B), baja frecuencia.Sería conveniente que además fuese un modelo de bajo ruido, con el fin de que no introdujese ruido de fondo en la señal que está preamplificando. Por último, si además se trata de un transistor barato y fácilmente localizable en cualquier comercio de componentes electrónicos, mejor que mejor. Pues bien, el transistor BC549 cumple todos los requisitos expuestos (aunque evidentemente no es el único).Este transistor lo fabrican entre otros Philips, Fairchild y General Semiconductor. Sus características más relevantes son:
PARÁMETRO | SÍMBOLO | VALOR | UNIDAD |
Tensión inversa Colector-Base máxima | VCBOmáx | 30 | V |
Tensión Colector-Emisor máxima | VCEOmáx | 30 | V |
Tensión inversa Emisor-Base máxima | VEBOmáx | 5 | V |
Corriente de Colector máxima | ICmáx | 100 |mA |
Máxima potencia disipable | Ptot | 500 | mW |

A lo largo del cálculo del circuito tendremos que echar mano de alguna que otra de las características aquí mostradas.
Definiendo el proyecto:
Bien, ha llegado el momento de que empecemos a hablar de un caso concreto. Estos son los datos de partida:
Vcc= 9V
Zs= 10K
Av= 5
B= 20KHz
Cálculo de la polarización del transistor:El circuito de polarización del transistor está incluido en el circuito original del preamplificador. Si dibujásemos únicamente dicho circuito de polarización obtendríamos lo siguiente:

Pues bien, el valor de R3 debe ser igual a Zs. Ello se debe a que el circuito equivalente para C.A. de la malla de colector sería (aproximadamente) el siguiente:

donde RNT es la resistencia interna delgenerador de corriente constante, resistencia que tiene un valor ideal igual a infinito. Este circuito equivalente se transforma, por el teorema de Thevenin, en este otro:

En este último circuito equivalente se ve claramente que debe ser Zs=R3. Así, si deseamos una Zs=10K ese debe ser también el valor de R3.
La tensión de alimentación del circuito se ha elegido de 9V ya que se puede obtenertanto con una fuente de alimentación como con una pequeña pila. El valor de VCE debe ser igual a Vcc/2 (para colocar el punto Q del transistor justo en el centro de la recta de carga de C.C.). Por tanto, VCE=4,5V.
La tensión de R4 más la tensión de R3 será igual a la otra mitad de la tensión de alimentación (¿cómo?, sí, recuerde las leyes de Kirchoff, en concreto la ley de las mallas, la que diceque la tensión total aplicada se reparte entre los elementos de la malla [que en este caso la componen R3, R4 y colector-emisor del transistor]).
Por otro lado, Av está relacionada con R3 y con R4 de la siguiente forma:

Como conocemos el valor de Av (es un dato del proyecto) y, además, también sabemos el valor de R3 podemos hallar el valor de R4, obteniéndose para dicha resistencia un valorde 2K.
Sigamos. Si hacemos la aproximación de que IC=IE, el valor de la corriente de colector de polarización se calcula de la siguiente forma:

(Ojo, conocemos el valor de VR3+VR4, pero no el valor de cada una de ellas por separado).
Sustituyendo valores se obtiene un valor aproximado de 375A para IC. Con este valor de IC la tensión aproximada de la resistencia de emisor, VR4, vendrá...