Para un amplificador de base común, la entrada se aplica al terminal del emisor mientras que la salida se toma del terminal del colector del transistor BJT.
El amplificador de base común es otro tipo de transistor de unión bipolar, configuración (BJT) donde el terminal de la base de el transistor es un terminal común para las señales de entrada y salida, de ahí su nombre base común (CB). La configuración de base común es menos común como amplificador que en comparación con las configuraciones más populares de emisor común, (CE) o colector común (CC), pero aún se usa debido a sus características únicas de entrada/salida.
Para que la configuración de base común funcione como amplificador, la señal de entrada se aplica al terminal emisor y la salida se toma del terminal colector. Por lo tanto, la corriente del emisor es también la corriente de entrada y la corriente del colector también es la corriente de salida, pero como el transistor es un dispositivo de tres capas y dos conexiones pn, debe estar polarizado correctamente para que funcione como un amplificador de base común. Esa es la unión base-emisor con polarización directa.
Considere la configuración básica del amplificador de base común a continuación:
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Amplificador de base común usando un transistor NPN
Entonces podemos ver en la configuración de base común básica que las variables de entrada se relacionan con la corriente de emisor IE y el voltaje de base-emisor, VBE, mientras que las variables de salida se relacionan con la corriente de colector IC y el voltaje colector-base, VCB.
Dado que la corriente de emisor, IE es también la corriente de entrada, cualquier cambio en la corriente de entrada creará un cambio correspondiente en la corriente del colector, IC. Para una configuración de amplificador de base común, ganancia de corriente, Ai se da como iOUT/Iin que sí se determina por la fórmula IC/IE. La ganancia de corriente para una configuración de CB se llama Alfa, ( α ).
En un amplificador BJT, la corriente del emisor es siempre mayor que la corriente del colector ya que IE = IB + IC, la ganancia de corriente (α) del amplificador debe ser, por lo tanto, menor que una (unidad) ya que IC es siempre menor que IE por el valor de IB. Así, el amplificador CB atenúa la corriente, con valores típicos de alfa que oscilan entre 0,980 y 0,995.
Se puede demostrar que la relación eléctrica entre las tres corrientes de transistores da las expresiones para alfa, α y Beta, β como se muestra:
Ganancia de corriente del amplificador de base común
Por lo tanto, si el valor Beta de un transistor de unión bipolar estándar es 100, entonces el valor de Alpha se daría como: 100/101 = 0,99.
Ganancia de voltaje del amplificador de base común
Dado que el amplificador de base común no puede funcionar como un amplificador de corriente (Ai ≅ 1), debe tener la capacidad de funcionar como un amplificador de voltaje. La ganancia de voltaje para el amplificador de base común es la relación de VOUT/ VIN, que es la tensión de colector VC a la tensión de emisor VE. En otras palabras, VOUT = VC y VIN = VE.
Como la tensión de salida VOUT se desarrolla a través de la resistencia del colector, RC, la tensión de salida debe por lo tanto ser una función de IC a partir de la Ley de Ohm, VRC = IC* RC. Por lo que cualquier cambio en IE tendrá un cambio correspondiente en la primera C.
Entonces podemos decir para una configuración de amplificador de base común que:
Como IC/ IE es alfa, podemos presentar la ganancia de voltaje del amplificador como:
Por lo tanto, la ganancia de voltaje es más o menos igual a la relación entre la resistencia del colector y la resistencia del emisor. Sin embargo, hay una única unión de diodo pn dentro de un transistor de unión bipolar entre la base y los terminales del emisor, lo que da lugar a lo que se llama la resistencia dinámica del emisor de los transistores, r’e.
Para las señales de entrada de CA, la unión del diodo emisor tiene una resistencia de señal pequeña efectiva dada por: r’e = 25 mV / IE, donde 25 mV es el voltaje térmico de la unión pn e IE es la corriente del emisor. Entonces, a medida que aumenta la corriente que fluye a través del emisor, la resistencia del emisor disminuirá en una cantidad proporcional.
Algunos de la corriente de entrada fluye a través de esta base-emisor de resistencia de unión interna a la base, así como a través de la resistencia de emisor externamente conectado, RE. Para el análisis de señales pequeñas, estas dos resistencias se conectan en paralelo entre sí.
Dado que el valor de r’e es muy pequeño, y RE es generalmente mucho mayor, generalmente en el rango de kiloohmios (kΩ), la magnitud de la ganancia de voltaje de los amplificadores cambia dinámicamente con diferentes niveles de corriente del emisor.
Por lo tanto, si RE ≫ r’e , la ganancia de voltaje real del amplificador de base común será:
Debido a que la ganancia de corriente es aproximadamente igual a uno que IC ≅ IE, entonces la ecuación de ganancia de voltaje se simplifica a solo:
Entonces, si, por ejemplo, 1 mA de corriente fluye a través de la unión emisor-base, su impedancia dinámica sería 25 mV / 1 mA = 25 Ω. La ganancia de voltaje, AV para una resistencia de carga del colector de 10 kΩ sería: 10,000 / 25 = 400, y cuanta más corriente fluya a través de la unión, menor será su resistencia dinámica y mayor será la ganancia de voltaje.
Asimismo, cuanto mayor sea el valor de la resistencia de carga, mayor será la ganancia de voltaje de los amplificadores. Sin embargo, una base práctica de circuito del amplificador de base común sería poco probable que utilizar una mayor resistencia de carga de aproximadamente 20kΩ con valores típicos de rango de ganancia de tensión de aproximadamente 100 a 2000, dependiendo del valor de RC.Tenga en cuenta que la ganancia de potencia de los amplificadores es aproximadamente la misma que su ganancia de voltaje.
Como la ganancia de voltaje del amplificador de base común depende de la relación de estos dos valores resistivos, se deduce que no hay inversión de fase entre el emisor y el colector. Por lo tanto, las formas de onda de entrada y salida están «en fase» entre sí, lo que muestra que el amplificador de base común es una configuración de amplificador no inversor.
Ganancia de resistencia del amplificador de base común
Una de las características interesantes del circuito amplificador de base común es la relación de sus impedancias de entrada y salida que dan lugar a lo que se conoce como la ganancia de resistencia del amplificador, la propiedad fundamental que hace posible la amplificación. Hemos visto anteriormente que la entrada está conectada al emisor y la salida se toma del colector.
Entre la entrada y el terminal de tierra hay dos posibles caminos resistivos paralelos. Uno a través de la resistencia del emisor, RE a tierra y el otro a través de r’e y el terminal de la base a tierra. Por lo tanto, podemos decir mirando hacia el emisor con la base conectada a tierra que: ZIN = RE|| r’e.
Pero como la resistencia dinámica del emisor, r’e es muy pequeña en comparación con RE (r’e≪RE), la resistencia dinámica interna del emisor, r’e domina la ecuación, lo que da como resultado una baja impedancia de entrada aproximadamente igual a r’e
Entonces, para la configuración de base común, la impedancia de entrada es muy baja y, dependiendo del valor de la impedancia de la fuente, RS conectado al terminal del emisor, los valores de impedancia de entrada pueden oscilar entre 10 Ω y 200 Ω. La baja impedancia de entrada del circuito amplificador de base común es una de las principales razones de sus aplicaciones limitadas como amplificador de una sola etapa.
La impedancia de salida del amplificador CB sin embargo, puede ser alta dependiendo de la resistencia de colector se utiliza para controlar la ganancia de voltaje y la resistencia de carga externa conectada, RL. Si una resistencia de carga está conectado a través del terminal de salida de los amplificadores, se conecta efectivamente en paralelo con la resistencia de colector, entonces ZOUT = RC|| RL.
Pero si la resistencia de carga externa conectada, RL es muy grande en comparación con la resistencia de colector Rc, entonces RC dominará la ecuación paralelo, dando como resultado una impedancia de salida moderada ZOUT, convirtiéndose aproximadamente igual a RC. Entonces, para una configuración de base común, su espalda mirando impedancia de salida en el terminal de colector sería: ZOUT = RC.
Como la impedancia de salida del amplificador mirando hacia atrás en el terminal del colector puede ser potencialmente muy grande, el circuito de base común funciona casi como una fuente de corriente ideal tomando la corriente de entrada del lado de baja impedancia de entrada y enviando la corriente al lado de alta impedancia de salida. Por lo tanto, la configuración del transistor de base común también se conoce como: búfer de corriente o seguidor de la configuración de corriente, y lo opuesto a la configuración de colector común (CC), que se conoce como seguidor de voltaje.
Resumen del amplificador de base común
Hemos visto aquí en este tutorial sobre el amplificador de base común que tiene una ganancia de corriente (alfa) de aproximadamente uno (unidad), pero también una ganancia de voltaje que puede ser muy alta con valores típicos que van de 100 a más 2000 dependiendo del valor de la resistencia de carga del colector RL utilizada.
También hemos visto que la impedancia de entrada del circuito amplificador es muy baja, pero la impedancia de salida puede ser muy alta. También dijimos que el amplificador de base común no invierte la señal de entrada ya que es una configuración de amplificador más no de inversor.
Debido a sus características de impedancia de entrada-salida, la disposición del amplificador de base común es extremadamente útil en aplicaciones de audio y radiofrecuencia como un búfer de corriente para hacer coincidir una fuente de baja impedancia con una carga de alta impedancia o como un amplificador de una sola etapa como parte de una configuración en casco o de múltiples etapas en la que una etapa de amplificador se utiliza para impulsar a otra.
