1. Desafío III 1
Diseño amplificador de tensión, ganancia 200 V/V
Rin = 2KΩ y Rout = 100Ω
Resumen: El diseño de un amplificador de tensión es una adecuado y por último calcularemos los
tarea que involucra el cálculo de diversos parámetros de parámetros exigidos.
operación tanto AC como DC. El circuito de polarización es Luego se presenta la simulación y el análisis de
de vital importancia para mantener al transistor en la región los resultados contrastado con el prototipo real.
activa. Además es la base para el cálculo de los parámetros
que nos permitirán obtener un sistema con las características
del problema dado. En el presente se resumen los pasos para II. MARCO TEORICO
el diseño de un amplificador con determinados
requerimientos tanto de resistencias de entrada como de La principal consideración teórica a tener en
salida. Y que además debe responder a una ganancia de cuenta en la elaboración del amplificador
tensión. Se propone un circuito de tres etapas con
transistores BJT y se anexan los datos obtenidos tanto de la
solicitado es qué tipo de configuración básica
simulación como del prototipo real. se debe usar en cada etapa con el fin de obtener
el valor de ganancia total Gv exigido. Tres son
Palabras claves: Punto Q, Ganancia de un transistor, las configuraciones básicas de los
Amplificador de Tensión, Impedancia de entrada, amplificadores a base de transistores bipolares
Impedancia de salida.
(BJT): emisor común, emisor común con
I. INTRODUCCIÓN resistencia, base común y colector común. En
la elaboración del amplificador aquí analizado
Una de las principales tareas del ingeniero se hizo uso de tres (3) transistores conectados
electrónico es adaptar señales de pequeña en cascada y operando en las configuraciones
amplitud a rangos en los cuales sea posible emisor común, emisor común con Re y colector
realizar determinado tratamiento de dicha señal, común.
los amplificadores son los circuitos encargados de La primera etapa, compuesta por un transistor
realizar dicha tarea y de un buen diseño de este en configuración emisor común, ofrece el
depende el éxito en la aplicación. Como proceso grueso de la ganancia de voltaje requerida total
debe responder a ciertas exigencias dadas como la para el circuito. Esta configuración, conocida
ganancia a obtener, y las impedancias de entrada y también como amplificador de emisor a tierra,
de salida. Existen múltiples parámetros a permite altas ganancias de voltaje y corriente es
determinar para un amplificador de tensión, la generalmente usada del mismo modo en que ha
mayoría de los cálculos son tendientes a sido usada en el trabajo aquí presentado. En la
determinar las resistencias necesarias para un figura 1 puede encontrarse el arreglo clásico de
transistor seleccionado. Estos parámetros se emisor común, polarizado por una fuente de
determinaran tanto en DC como en AC, para lo corriente constante. Este arreglo de
cual primero estimaremos el punto Q de cada polarización no fue el que usamos, sino uno de
transistor, luego, estableceremos un modelo AC divisor de voltaje.

2. Desafío III 2
Figura 1: Circuito configuración emisor común. Figura 2: Circuito configuración emisor común con
resistencia en el emisor.
La configuración emisor común con Re se
diferencia de la configuración regular de emisor Debido a la conexión en cascada de las dos (2)
común en que hay una resistencia entre el emisor primeras etapas del amplificador, la ganancia
y la tierra. Esta configuración es el modelo de la total de éstas será el producto de las ganancias
segunda etapa del amplificador construido y tiene individuales de cada una de ellas. Por lo tanto,
como cualidad principal mejoras importantes en estas etapas iniciales, basadas en la
cuanto a la sensibilidad hacia los cambios de configuración emisor común, son suficientes
temperatura (independencia con respecto a β del para proveer un valor cercano al exigido. Sin
transistor) y una ampliación de la región sin embargo, aún resta cumplir la exigencia de una
distorsión no lineal. Sin embargo, debe pagarse un baja resistencia de salida Ro. Tal exigencia debe
precio por estas mejoras en el desempeño y tal cumplirse modificando lo menos posible la
precio consiste en una disminución de la ganancia ganancia obtenida por las dos primeras etapas.
obtenida con respecto a la configuración básica de La configuración que permite cumplir esta
emisor común. La figura 2 muestra la necesidad es la de colector común, también
configuración de emisor común con resistencia conocida como amortiguador de voltaje, pues
con arreglo de polarización de corriente constante. este montaje tiene una resistencia de salida muy
Otros arreglos de polarización son posibles, como baja con respecto a la de entrada, con una
el que usamos en el diseño que analizaremos a ganancia de voltaje menor y muy cercana a la
continuación, el cual es uno de divisor de tensión. unidad. La figura 3 muestra la configuración de
colector común polarizada por una fuente de
corriente constante.

3. Desafío III 3
El transistor que ha sido escogido para el
diseño de este amplificador es el NPN 2N3904,
por ser de uso general y adaptarse bien a las
condiciones del circuito. El diseño empieza
partiendo de los siguientes datos:
Vce = 5.5V
Ie = 1mA
β = 150
Se ha seleccionado una polarización DC de
10V, pues nos permite trabajar con el valor Vce
necesario. Usando la regla de diseño según la
cual Ve = 0.1Vcc, se obtiene:
Figura 3: Circuito configuración colector común.
Ve = 0.1Vcc = (0.1)*(10) = 1 V
III. METODOLOGÍA
De este valor y dibujando una malla base-
Se desea diseñar y construir un amplificador de emisor se obtiene:
tensión que tenga una ganancia total de
200V/V, que presente una impedancia de Vb = Vbe+Ve = 0.7 + 1 = 1.7 V.
entrada de 2K y una impedancia de salida de
100Ω. La corriente dada y el voltaje de emisor
Se quiere un amplificador con una ganancia calculado implican una resistencia de emisor
importante de 200V/V, la cual no debe invertir igual a:
la señal, se debe tener una impedancia de
Re1= .
entrada alta y ganancia alta por lo cual una
etapa emisor común con desacoplo de emisor
sería ideal sin embargo este presenta el La corriente de base es entonces:
inconveniente de que invierte la señal de salida,
ante esta situación se puede pensar en añadir Ib1 = .
una segunda etapa emisor común con lo cual se
soluciona el problema de la inversión y se En cuanto a rπ como parámetro AC relevante
obtiene una ganancia más alta, para evitar que ahora, tenemos que:
el valor se eleve demasiado omitimos el
desacoplo de emisor, así se puede diseñar tal
rπ = = 3.75K
que su producto sea cercano al valor deseado,
sin embargo esta presenta una impedancia de
salida en los rangos medio y alto, con lo que es Si se desea un Rin de 2K , entonces podemos
necesario ubicar una etapa de adaptación de hallar la resistencia de entrada y, con ello la
impedancias. La configuración colector común resistencia de base Rb que se necesita:
es la más adecuada para esta tarea, y debido a
que su ganancia es menor o igual a 1 no altera Rin = RB1 ll rπ = (RB1*rπ) / (RB1+rπ)
el valor de ganancia ajustado antes. Con lo que
satisfacen todas las condiciones. El circuito
propuesto se presenta a continuación:

4. Desafío III 4
Despejando se obtiene:
RB1 = (Rin * rπ )/ (rπ-Rin) = (2 *3.75)/(3.75-2) =
4.29 KΩ ≈ 4.3KΩ.
Conociendo el valor de voltaje de base VB que
se necesita, es posible calcular una de las
Figura 5: Modelo AC del amplificador propuesto.
resistencias del divisor de voltaje de la base:
R11 = (VCC/VB1) RB1 = 22.6KΩ.
El otro resistor del divisor de tensión se puede
calcular a partir de la fórmula (obtenida a partir
de resolver un simple paralelo):
R12 = (RB * R11) / (R11-RB) = 5.3 KΩ
El voltaje de colector se obtiene a partir de:
Vc = Vce + Ve = 5.5 + 1 = 6.5V Figura 6: Simulación de las etapas de amplificadoras.
Además,
IC = βIB = 0.99 mA Una vez que nos dan tanto los valores calculados
como simulados pasamos a montar el circuito,
De estos valores, podemos deducir: tratando de tener los valores de resistencias y
capacitancias más cercanos a los comerciales,
RC1 = = 5.56 K . esto es debido a que en el mercado no vienen en
todo tipo de valores las ramas a acoplar en el
circuito, tal y como se muestra en la figura 7.
Teniendo en cuenta los datos anteriores, que
corresponden al diseño, tal y como se muestra
en la figura 4, pasamos a simularlo en livewire
en donde la simulación coincide con lo
calculado teóricamente.
Figura 4: Diseño propuesto.
Figura 7: Montaje del circuito amplificador.

5. Desafío III 5
Después analizamos las señales de entrada y
salida de nuestro circuito, mediante los
instrumentos de laboratorio como generador
de señales, multímetro, osciloscopio y fuente
de DC, dándonos una tensión Vpp de entrada
de 8.00 mV, y una tensión de 1.6V Vpp en la
salida, por lo tanto la ganancia es de 200v/v,
cumpliéndose entonces con un parámetro que
se pide, para esto se añadieron al circuito dos
etapas de emisor común con resistencia en el
emisor, obteniéndose una salida en fase con la
señal de entrada, una ganancia de 200v/v, una Figura 9: Señales de entrada y salida del circuito.
Rin de 2KΩ y una Rout de 100Ω.
Para medir la resistencia de entrada Rin,
conectamos un potenciómetro de 10KΩ entre
la base y tierra de la primera etapa, al igual
que el canal 1 del osciloscopio y el 2 2n la
etapa, ahora ajustamos o movemos el
potenciómetro tal y como se muestra en la
figura 10 hasta que la salida sea 800mV que
corresponden a la mitad de la tensión pico-
pico de la salida inicial, sacamos el
potenciómetro y medimos la resistencia que
marca, esta es la resistencia de entrada,
también podemos medir la resistencia de
entrada como la relación de tensión sobre
corriente vista desde la base del primer
transistor.
Figura 8: Simulación del circuito con todas sus etapas.
Figura 10: Medición de la resistencia de entrada Rin.
Para el caso de la resistencia de salida se debe
medir primero el voltaje pico-pico de salida
sin carga. Luego, se calcula teóricamente el
valor de esta resistencia para poder determinar

6. Desafío III 6
El rango en que se encuentra y escoger un
potenciómetro adecuado, el cual variando el
valor de la resistencia desde su máximo
buscamos obtener entre sus terminales una
tensión iguala la mitad del medido IV. CONCLUSIONES
anteriormente, tal y como se muestra en la
figura 11. Para este desafío se analizaron las diferentes
configuraciones que puede tener un transistor
como son: emisor común, base común y
colector común, y por medio de estas se diseño
una amplificador con ganancia de tensión de
200v/v, para este desafío particular se usaron
tres etapas las cuales fueron emisor común con
resistencia en emisor, se le añade una cuarta
para mejorar la ganancia de salida, pero esta es
opcional porque se puede ajustar las
resistencias en las otras etapas, pero se utiliza
para que las señales tanto de entrada y salida
estén en fase además se observó que la
Figura 11: Medición de la resistencia de salida Rout. ganancia para este amplificador variaba para
frecuencias bajas pero en frecuencias altas este
Los datos que se usaron para calcular la tendía a estabilizarse. Para la elaboración del
resistencia de salida son los siguientes: amplificador en si concluimos que era
necesario utilizar la configuración de emisor
La salida de la segunda etapa son 1.6 Vpp por común porque esta nos proveía de una
lo tanto al anexar otra etapa al circuito resistencia de entrada alta y una resistencia de
debemos planearla con una tensión de base y salida baja.
colector aproximada de 1.6Vpp, entonces la
ganancia de la última etapa es aproximada a
uno, ahora suponemos una corriente de emisor
en el orden de los mili amperios, con estos V. REFERENCIAS
datos se puede empezar a calcular la
resistencia de emisor y la tensión Vcc de la [2].DATASHEET Catalog. Buscador de hojas de
última etapa. datos de dispositivos electrónicos,
www.datasheetcatalog.net.
Manual de guías de Laboratorio. Electrónica I. Julio
1,6V = + 0,7V + (o,oo2 A)*Re A. Maldonado, Nadime I. Rodríguez. Colaboración
de Ing. Mauricio Pardo. Universidad del Norte.
SEDRA, Adel; SMITH, Kenneth. Circuitos
Microelectrónicos. 5ª Ed. McGraw HIll. Mexico
2006.