Resistencia del emisor

La resistencia del emisor conectada al terminal emisor de un amplificador de transistor se puede utilizar para aumentar la estabilización de polarización de los amplificadores. El objetivo de un circuito amplificador de señal de CA es estabilizar el voltaje de entrada de CC polarizado al amplificador y, por lo tanto, solo amplificar la señal de CA requerida.

Esta estabilización se logra mediante el uso de una resistencia de emisor que proporciona la cantidad requerida de polarización automática necesaria para un amplificador de emisor común. Para explicar esto un poco más, considere el siguiente circuito amplificador básico a continuación:

Circuito amplificador del emisor común básico

common emitter amplifier circuit - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

El circuito amplificador del emisor común que se muestra utiliza una red divisora ​​de voltaje para polarizar la base de los transistores y la configuración del emisor común, es una forma muy popular de diseñar circuitos amplificadores de transistores bipolares. Una característica importante de este circuito es que una cantidad apreciable de corriente fluye hacia la base del transistor.

El voltaje en la unión de las dos resistencias de polarización, R1 y R2, mantiene el voltaje base de los transistores, VB, a un voltaje constante y proporcional al voltaje de suministro, Vcc. Tenga en cuenta que VB es el voltaje medido desde la base a tierra, que es la caída de voltaje real en R2.

Este circuito amplificador de tipo «clase A» siempre está diseñado para que la corriente de base ( Ib ) sea inferior al 10% de la corriente que fluye a través de la resistencia de polarización R2. Entonces, por ejemplo, si requerimos una corriente de colector en reposo de 1mΑ, la corriente de base, IB será aproximadamente una centésima parte de esto, o 10μΑ. Por lo tanto, la corriente que fluye a través de la resistencia R2 de la red del divisor de potencial debe ser al menos 10 veces esta cantidad, o 100μΑ.

La ventaja de utilizar un divisor de voltaje radica en su estabilidad. Dado que el divisor de voltaje formado por R1 y R2 tiene una carga ligera, el voltaje base Vb se puede calcular fácilmente utilizando la fórmula del divisor de voltaje simple como se muestra:

Ecuación del divisor de voltaje

voltage divider equation - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

Sin embargo, con este tipo de disposición de polarización, la red del divisor de voltaje no se carga con la corriente de base ya que es demasiado pequeña, por lo que si hay algún cambio en el voltaje de suministro Vcc, entonces el nivel de voltaje en la base también cambiará en una proporcional medida. Entonces se requiere alguna forma de estabilización de voltaje de la polarización de la base de los transistores o el punto Q.

Estabilización de la resistencia del emisor

emitter resistance - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

El voltaje de polarización de los amplificadores se puede estabilizar colocando una sola resistencia en el circuito del emisor de los transistores, como se muestra. Esta resistencia se conoce como la resistencia del emisor, RE. La adición de esta resistencia del emisor significa que los transistores de emisor del terminal ya no están conectados a tierra o al potencial de cero voltios, pero se encuentra en un pequeño potencial por encima de ella dada por la ecuación Ley de Ohm de: VE = IE x RE. Donde: IE es la corriente del emisor real.

Ahora bien, si la tensión de alimentación Vcc aumenta, la corriente del colector de transistores Ic también aumenta para una determinada resistencia de carga. Si el colector corriente aumenta, la correspondiente necesidad de alimentación de corriente también aumenta provocando la caída de voltaje a través de RE para aumento. Esta acción da como resultado un aumento proporcional en el voltaje de base porque VB = VE + VBE

Dado que el voltaje de base se mantiene constante por las resistencias divisoras R1 y R2, el voltaje de CC en la base en relación con el emisor Vbe se reduce proporcionalmente cantidad, reduciendo así el impulso de corriente base y evitando que la corriente del colector aumente aún más. Una acción similar ocurre si el voltaje de suministro y la corriente del colector intentan disminuir su valor.

En otras palabras, la adición de esta resistencia terminal del emisor ayuda a controlar la polarización de la base de los transistores mediante retroalimentación negativa, lo que niega cualquier intento de cambio en la corriente del colector con un cambio opuesto en la tensión de polarización de la base y, por lo tanto, el circuito tiende a estabilizarse a un nivel fijo. 

Además, dado que parte del suministro se cae a través de RE, su valor debe ser lo más pequeño posible para que se pueda desarrollar el voltaje más grande posible a través de la resistencia de carga, RL y, por lo tanto, la salida. Sin embargo, su valor no puede ser demasiado pequeño o volverá a sufrir la inestabilidad del circuito.

Luego, la corriente que fluye a través de la resistencia del emisor se calcula como:

Corriente de la resistencia del emisor

emitter resistor current - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

Como regla general, la caída de voltaje a través de esta resistencia del emisor generalmente se considera que es: VB – VBE, o una décima parte (1/10) del valor del voltaje de suministro, Vcc. Una cifra común para el voltaje de la resistencia del emisor está entre 1 y 2 voltios, el que sea más bajo. El valor de la resistencia del emisor, RE también se puede encontrar a partir de la ganancia, ya que ahora la ganancia de voltaje de CA es igual a: RL / RE

Ejemplo de resistencia del emisor No.1

Un amplificador de emisor común tiene las siguientes características, β = 100, Vcc = 30V y RL = 1kΩ. Si el circuito amplificador usa una resistencia de emisor para mejorar su estabilidad, calcule su resistencia.

La corriente de reposo de los amplificadores, ICQ se da como:

amplifier currents - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

La caída de voltaje a través de la resistencia del emisor es generalmente entre 1 y 2 voltios, así que supongamos una caída de voltaje, VE de 1,5 voltios.

emitter resistance equation - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

Luego, el valor de la resistencia del emisor requerido para el circuito amplificador se da como: 100Ω, y el circuito emisor común final se da como:

Amplificador de emisor común final

common emitter amplifier - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

La ganancia de la etapa del amplificador también se puede encontrar si es necesario y se da como:

common emitter amplifier gain - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

Condensador de derivación del emisor

En el circuito de retroalimentación en serie básica anterior, la resistencia del emisor, RE, realiza dos funciones: retroalimentación negativa de CC para polarización estable y retroalimentación negativa de CA para la transconductancia de la señal y la especificación de ganancia de voltaje. Pero como la resistencia del emisor es una resistencia de retroalimentación, también reducirá la ganancia de los amplificadores debido a las fluctuaciones en la corriente del emisor IE debido a la señal de entrada de CA.

emitter bypass capacitor circuit - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

Para superar este problema, un condensador, llamado «Condensador de derivación del emisor», CE. se conecta a través de la resistencia del emisor, como se muestra. Este condensador de derivación hace que la respuesta de frecuencia del amplificador se interrumpa en una frecuencia de corte designada, ƒcderivando,(de ahí su nombre) las corrientes de señal a tierra.

Al ser un condensador, aparece como un circuito abierto para la polarización de CC y, por lo tanto, las corrientes y voltajes polarizados no se ven afectados por la adición del condensador de derivación. Sobre el rango de frecuencias de funcionamiento de los amplificadores, la reactancia de los condensadores, XC , será extremadamente alta a bajas frecuencias produciendo un efecto de retroalimentación negativa, reduciendo la ganancia de los amplificadores.

El valor de este condensador de derivación CE generalmente se elige para proporcionar una reactancia capacitiva de, como máximo, una décima parte (1/10) del valor de la resistencia del emisor RE en el punto de frecuencia de corte más bajo. Entonces, suponiendo que la frecuencia de señal más baja a amplificar es 100 Hz. El valor del condensador de derivación CE se calcula como:

Condensador de derivación del emisor

emitter bypass capacitor equation - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

Entonces, para nuestro simple amplificador de emisor común, el valor del condensador de derivación del emisor conectado en paralelo con la resistencia del emisor es: 160 μF

Amplificador de emisor dividido 

Mientras que la adición del condensador de derivación , CE ayuda a controlar la ganancia de los amplificadores contrarrestando los efectos de la incertidumbre de beta, ( β ), una de sus principales desventajas es que a altas frecuencias la reactancia de los capacitores se vuelve tan baja que efectivamente corta la resistencia del emisor, RE a medida que aumenta la frecuencia.

El resultado es que a altas frecuencias, la reactancia del condensador permite muy poco control de retroalimentación de CA porque RE está en cortocircuito, lo que también significa que la ganancia de voltaje de CA del transistor aumenta considerablemente, lo que lleva al amplificador a la saturación.

Una forma sencilla de controlar la ganancia de los amplificadores en todo el rango de frecuencias de funcionamiento es dividir la resistencia del emisor en dos partes, como se muestra:

Resistencias de emisor dividido

split emitter resistors - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

La resistencia en la rama del emisor se ha dividido en dos partes: RE1 y RE2 formando una red divisora de voltaje dentro de la rama del emisor con el condensador de derivación conectado en paralelo a través de la resistencia inferior.

La resistencia superior, RE1, tiene el mismo valor que antes, pero el condensador no lo pasa por alto, por lo que debe tenerse en cuenta al calcular los parámetros de la señal. La resistencia inferior RE2 está conectada en paralelo con el condensador y se considera que es de cero ohmios cuando se calculan los parámetros de la señal, ya que se cortocircuita a altas frecuencias.

La ventaja aquí es que podemos controlar la ganancia de CA del amplificador en todo el rango de frecuencias de entrada. En CC, el valor total de la resistencia del emisor es igual a RE1 + RE2, mientras que a frecuencias de CA más altas, la resistencia del emisor es solo: RE1, la misma que estaba en el circuito original no anulado anterior.

Entonces, ¿qué valor es la resistencia, RE2. Bueno, eso dependerá de la ganancia de voltaje de CC requerida en el punto de corte de frecuencia más baja. Dijimos anteriormente que la ganancia del circuito anterior era igual a: RL / RE, que para nuestro circuito emisor común anterior se calculó en 10 (1kΩ / 100Ω). Pero ahora en CC la ganancia será igual a: RL / (RE1 + RE2)

Por lo tanto, si elegimos una ganancia de CC de digamos 1 (uno) el valor de la resistencia del emisor, RE2 se da como:

Resistencia de emisor dividido , RE2

split emitter resistor re2 - Resistencia del emisor - ClasesParaTodos.org

Luego, para una ganancia de CC de 1 (uno), RE1 = 100Ω y RE2 = 900Ω. Tenga en cuenta que la ganancia de CA será la misma en 10.

Entonces, un amplificador de emisor dividido tiene valores de ganancia de voltaje e impedancia de entrada en algún lugar entre los de un amplificador de emisor totalmente anulado y un amplificador de emisor no anulado dependiendo de la frecuencia de operación.

Resumen de la resistencia del emisor

Luego, para resumir, el parámetro de amplificación de corriente, β de un transistor puede variar considerablemente de un dispositivo a otro del mismo tipo y número de pieza debido a las tolerancias de fabricación y también debido a las variaciones en el voltaje de suministro y la temperatura de operación.

Luego, para un circuito amplificador de clase A de emisor común, es necesario usar un circuito de polarización que estabilizará el punto Q operativo, haciendo que la corriente del colector de CC, IC, sea independiente de beta. La influencia de β en el valor de la corriente del emisor se puede reducir mediante la adición de una resistencia del emisor, RE, en la pata del emisor para proporcionar estabilización.La caída de voltaje a través de esta resistencia del emisor generalmente se da entre 1 y 2 voltios. La resistencia del emisor se puede desviar por completo mediante un condensador de derivación adecuado,se puede omitir CE conectado en paralelo con la resistencia del emisor para lograr una ganancia de CA más alta o parcialmente, utilizando  red de divisor de voltaje de emisor dividido que reduce la ganancia y distorsión de CC. El valor de este condensador se determina a partir de su valor de reactancia capacitiva (XC) a la frecuencia de señal más baja.

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