Amplificación de señal con BJT

Tecnología Electrónica
Facultad de Ingeniería, Universidad de Deusto
Amplificación de Señal con BJT

Bibliografía
 Principios de Electrónica, Albert Paul Malvino,
McGraw-Hill.
 Capítulo 9: Modelos de Alterna
 Capítulo 10: Amplificadores de Tensión

Objetivo de la Amplificación
 Los componentes principales con los que se consigue la
amplificación son los transistores y los amplificadores
operacionales.
 Se dice que un transistor es un componente activo: es capaz
de entregar a la salida una potencia mayor que la que recoge
con su entrada.
El objetivo es amplificar una señal débil para
convertirla en una más intensa.
IC
IB
Q
QH
QL
El punto de trabajo viene dado
por corrientes continuas

¿Cómo funciona un amplificador basado en un
transistor BJT?
 Primero se responden a las siguientes cuestiones:
 ¿De qué señal se parte?
 ¿Qué señal de salida se quiere obtener?
 Su funcionamiento se podría especificar en forma de
3 fases secuenciales:
1. Se añade una componente continua.
 ¿Por qué añadir la componente continua?
2. Se amplifica la señal alterna y la componente continua.
 ¿Por qué se amplifican las dos tensiones?
3. Se elimina la componente continua.
 ¿Para qué se elimina la componente continua?

Resistividad de los Condensadores
 La impedancia de un condensador es inversamente
proporcional a la frecuencia, en base a la siguiente
función:
 En continua  la frecuencia es 0Hz; por lo que un
condensador se comporta como un circuito abierto.
 En alterna  cuando la frecuencia es suficientemente
alta, un condensador se comporta como un cortocircuito.
fC
Xc
2
1

   Xcf 0
  0 Xcf

Condensador de Acoplo
 Los condensadores de acoplo se utilizan para
transmitir la componente alterna y bloquear la
continua entre dos puntos de un circuito.
 ¿Se transmite la corriente alterna?
 ¿Qué pasará si la fuente es de tensión continua?
Corriente continua
Corriente alterna

Condensador de Desacoplo
 La misión del condensador de desacoplo es la de
proporcionar un camino a tierra para la componente
alterna.
 La corriente alterna, ¿pasará por la RL o por el
condensador?
 Y si la fuente de tensión es continua, ¿por dónde pasará
la corriente continua?
Corriente continua
Corriente alterna

Circuito Amplificador
 El circuito típico es el de emisor común polarizado
por divisor de tensión y emisor.
Evita que RE afecte a la
amplificación de la señal alterna
Acopla la tensión alterna al
amplificadora; añadiendo la
componente continua
Acoplar la señal amplificada a la carga;
eliminando la componente continua

Teorema de Superposición
 Para el caso de los amplificadores con transistores:
 En cada rama del circuito se calcularán por separado las
tensiones y corrientes de continua y de alterna.
 Las tensiones y corrientes finales serán la suma de las
calculadas en cada parte.
El Teorema de Superposición establece que, el
efecto que tienen dos o más fuentes sobre una
impedancia es igual a la suma de cada uno de
los efectos tomados por separado; anulando
todas las fuentes restantes
),0()0,(),( 2121 VfVfVVfVT 

Análisis en Continua
 Para simplificar el análisis;
 Se anulan los generadores o fuentes de alterna.
 Se aplica la condición de que los condensadores se comportan
como circuitos abiertos.
Los cálculos para DC son iguales que
los vistos anteriormente
Circuito equivalente en DCCircuito Amplificador de Tensión

Análisis en Alterna
 Para simplificar el análisis;
 Se anulan las fuentes de tensión continuas.
 Se aplica la condición de que los condensadores se
comportan como cortocircuitos.
Circuito Equivalente en AC
Circuito Amplificador de Tensión
Se transforma en una tierra

Modelos de Transistores
 Para analizar el funcionamiento en alterna de un amplificador
basado en transistores, es necesario utilizar un circuito
equivalente en alterna.
 Modelo en T o de Ebers-Moll: fue uno de los primeros modelos de
alterna.
 El diodo del emisor se comporta como una resistencia, mientras que el
diodo del colector como una fuente de corriente.
 Modelo en π: trata de simplificar el uso del modelo en T
independizando la entrada de la salida.
 Modelo de parámetros híbridos: concepto de cuadripolo.
Modelo en T
Modelo en π

Cuadripolo
 Es una caja negra con 4 polos o terminales, 2 de entrada
(puerta de entrada) y dos de salida (puerta de salida).
 Por convenio, las 2 corrientes son de entrada.
 Existen 4 conjuntos diferentes de parámetros o matrices:
 Admitancias  matriz Y
 Impedancias  matriz Z
 Parámetros híbridos  matriz H
 Parámetros híbridos inversos matriz G
Cuadripolo
i1 i2
v1 v2
A frecuencias medias se trabajará con
el modelo de parámetros híbridos

Modelo de Parámetros Híbridos
 Interpretación física de parámetros h o híbridos:





2221212
2121111
vhihi
vhihv
 













2
1
2
1
v
i
h
i
v
iio en forma matricial:
021
1
11


vi
v
h Impedancia de entrada con la salida en
cortocircuito. Dimensiones de resistencia (Ω).
012
1
12


iv
v
h Ganancia inversa de tensión con la entrada en
circuito abierto.
021
2
21


vi
i
h Ganancia de corriente con la salida en
cortocircuito.
012
2
22


iv
i
h Admitancia de salida con la entrada en circuito
abierto. Dimensiones de conductancia (Ω-1)

Modelo de Parámetros Híbridos (continuación…)
 Se recomienda usar los siguientes subíndices:
 En el caso particular de los transistores, se añade
un segundo subíndice (e, b o c) indicativo del tipo de
configuración del circuito;
 ya sea emisor, base o colector común, respectivamente.
i=11  impedancia de entrada r=12  ganancia inversa de tensión
f=21  ganancia de corriente o=22 admitancia de salida
hie  impedancia de entrada en emisor común
hfe  ganancia de corriente en emisor común
hfb  ganancia de corriente en base común
hrc  ganancia inversa de tensión en colector común
…

 El circuito que cumple con las ecuaciones del
cuadripolo en parámetros híbridos es el siguiente:
 Para la configuración en emisor común, el circuito
equivalente quedaría como:
ceoebfec
cerebiebe
vhihi
vhihv


1
212
211
1
vhihi
vhihv
of
ri



ib ic
vbe vce
ib ic
vbe vce

 De forma análoga, para la configuración de base
común:
 Y para colector común:
cbobefbc
cbrbeibeb
vhihi
vhihv


1
ecocbfce
ecrcbicbc
vhihi
vhihv


1
ib ie
vbc vec
ie ic
veb vcb

Modelo de Parámetros Híbridos Simplificado
 Tanto el valor de hr como de ho son muy pequeños, por
lo que es posible despreciarlos algunas veces;
 Se simplifica el modelo de parámetros híbridos.
 Para la configuración en emisor común, el circuito
equivalente quedaría como:
bfec
biebe
ihi
ihv


12
11
ihi
ihv
f
i


ib ic
vbe vce
i1 i2
v1 v2

Análisis de un Circuito Amplificador
 Para amplificar una señal, ésta se acopla a un
transistor debidamente polarizado; y la señal
resultante se aplica a una carga RL.
En algunas bibliografías se analiza en transistor
en sí, no el circuito amplificador en su conjunto.
iin iout
vin vout
iL
vg
Amplificador
Circuito
Amplificador

Parámetros del Análisis de Alterna
 Ganancia o amplificación de corriente ∆i:
 Ganancia o amplificación de tensión ∆v:
 Ganancia o amplificación de tensión ∆vg:
in
outL
i
i
i
i
i
i
i

1
2
1
in
out
v
V
v
v
v

1
2
g
out
g
vg
v
v
v
v
 2

Parámetros del Análisis de Alterna
(continuación…)
 Impedancia de entrada Zi:
 Impedancia de salida Zo:
 Por definición, la impedancia de salida (inverso de la
admitancia) se obtiene (1) cortocircuitando la fuente de
tensión vs, (2) haciendo la impedancia de la carga infinita
(circuito abierto) y (3) poniendo en los terminales de
salida un generador de tensión de valor v2.
in
in
in
i
v
i
v
Z 
1
1
out
out
out
i
v
i
v
Z 
2
2

 Ejercicio 6:
 Calcular los valores de ∆i, ∆v, ∆vg, Zi y Zo para el siguiente
circuito, sabiendo que hie=4k5, hfe=330, hre=0 y hoe
-1=∞.

 Ejercicio 7:
 Calcular los valores de ∆i, ∆v, ∆vg, Zi y Zo para el siguiente
circuito, sabiendo que hie=4k5, hfe=330, hre=0 y hoe
-1=∞.

 Ejercicio 8:
 Calcular los valores de ∆i, ∆v, ∆vg, Zi y Zo para el circuito
del ejercicio 6, teniendo en cuenta que hoe
-1=100Ω.

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