Análisis de pequeña señal para BJT
- Condensador de Acoplo
Aque que permite el paso de la señal de un punto a otro sin que esta sufra atenuación (acoplamiento ideal)
- Condensador de desacoplo
Aquel que deriva señales para que no pasen algún elemento y es aquel que se usa entre la alimentación continua y masa, y es paralelo al nodo de alimentación que existiría si no pusieras condensador.
La función de este es ser cargado si hay alguna variación de tensión hacia la alimentación, y asi poder evitar subidas de tensión que se traducen en ruido
- Configuración de emisor común con polarización fija
En la siguiente tabla están las ecuaciones para hallar todos los parámetros de un transistor bjt en emisor común con polarización fija: impedancia de entrada (zi), impedancia de salida (zo), voltaje de entrada (vi), voltaje de salida (vo), corriente de entrada (ii), corriente de salida (io), ganancia de voltaje (Av), y ganancia de corriente (Ai). También están las ecuaciones para hallar los condensadores de acople ci (condensador de entrada) y co (condensador de salida).
El circuito en ac de un bjt en emisor común con polarización fija ya con el modelo híbrido es el siguiente:
Como usar la tabla:
- Cuando no hay RS, en las ecuaciones se le asigna el valor de “0” (cero).
- Cuando no hay RL, en las ecuaciones se le asigna el valor de “∞” (infinito).
- Cuando hay RL la ecuación de corriente de salida es -vo/RL, y cuando no hay RL la ecuación de la corriente de salida es -vo/RC.
- Las impedancias de entrada zi y salida zo, son totalmente independientes del valor que tomen RS o RL.
* En estas ecuaciones se asume que hre y hoe son “0” (cero).
Tenga en cuenta:
- La resistencia de carga RL afecta la corriente de salida io y el voltaje de salida vo, haciendo que estos sean mas pequeños, por lo que afecta igualmente la ganancia de voltaje Av y la ganancia de corriente Ai, haciendo que estas sean menores.
- La resistencia de fuente RS afecta solo el voltaje de entrada vi, haciendo que este sea mas grande, por lo que afecta la ganancia de voltaje Av, haciendo que esta sea menor.
Ejemplo: Realice un análisis del siguiente circuito. Halle todos los parámetros zi, zo, vi, vo, ii, io, Av, Ai. Asuma que RS tiene un valor de un 1kΩ. Hfe tiene un valor de 80, y hie tiene un valor de 1kΩ. Ademas halle el valor de los condensadores de acople ci y co para una frecuencia de 10kHz.
Solución: El valor de RS se reemplaza por un 1kΩ en las ecuaciones, así mismo como no hay RL, entonces se reemplaza en las ecuaciones por “∞” (infinito), y la corriente de salida sera -vo/RC.
Se puede observar que las impedancias de entrada y salida son altas. También las ganancias de corriente y voltaje son altas, pero la ganancia de voltaje seria mucho mas grande si no hubiera RS.
- Configuración emisor comun con polarización por divisor de tensión
En la siguiente tabla están las ecuaciones para hallar todos los parámetros de un transistor bjt en emisor común con polarización por divisor de voltaje: impedancia de entrada (zi), impedancia de salida (zo), voltaje de entrada (vi), voltaje de salida (vo), corriente de entrada (ii), corriente de salida (io), ganancia de voltaje (Av), y ganancia de corriente (Ai).
El circuito anterior en ac queda de la siguiente manera:
Y reemplazando el transistor por el modelo híbrido de emisor, ahora queda de la siguiente forma:
Como usar la tabla:
- En caso de que no halla RS, en las ecuaciones se reemplaza como “0” (cero).
- En caso de que no halla RL, en las ecuaciones se reemplaza como “∞” (infinito).
- Cuando hay RL la ecuación de corriente de salida es -vo/RL, y cuando no hay RL la ecuación de la corriente de salida es -vo/RC.
- En caso de que RE se elimine completamente en ac, se reemplaza por “0” en las ecuaciones.
- En caso de que RE se elimine parcialmente en ac, se reemplaza por el valor que RE tome en ac.
* Se puede observar que las ecuaciones de las impedancias de entrada y salida, son totalmente independientes de la resistencia de fuente RS y de la resistencia de carga RL.
* Cabe recordar que en estas ecuaciones se asume que hre y hoe toman una valor de “0” (cero).
Tenga en cuenta:
- La resistencia de carga RL afecta la corriente de salida y el voltaje de salida, haciendo que estos sean mas pequeños, por lo que afecta igualmente las ganancias de voltaje y de corriente, haciendo que estas sean menores.
- La resistencia de fuente RS afecta solo el voltaje de entrada, haciendo que este sea mas grande, por lo que afecta la ganancia de voltaje, haciendo que esta sea menor.
- La resistencia de emisor RE afecta la corriente de entrada y el voltaje de entrada, haciendo que estos sean mas grandes, por lo que afecta la ganancia de voltaje y la ganancia de corriente, haciendo que estas sean menores. También afecta la impedancia de entrada haciendo que esta aumente de valor.
- Configuración de colector comun
La configuración colector común también llamada seguidor de emisor, tiene la entrada por la base, y la salida por el emisor, como se muestra en la siguiente figura:
Presenta las siguientes características:
Alta ganancia de corriente.
Ganancia de voltaje menor a 1.
Inversión de corriente de salida.
No inversión de voltaje en la salida
Impedancia de entrada grande.
Impedancia de salida pequeña.
Un colector común tiene un comportamiento similar a un buffer de voltaje, ya que lo que hace es tomar una señal de voltaje de baja potencia, y transformarla en la misma señal de voltaje, pero con una mayor potencia, sin llegar a distorsionar en ningún momento la señal de entrada. Como buffer tiene ciertas limitaciones por ejemplo: tiene una impedancia de entrada alta, pero no en el orden Mega Ohms, tiene una impedancia de salida baja, pero no en el orden de mili Ohms, y tiene una ganancia de voltaje cercana a uno, pero no de uno. Por todo lo anterior al colector común se le puede considerar como un buffer de voltaje imperfecto.
Las polarizaciones que se usan en un colector común son la polarización estabilizado en emisor, polarización por divisor de voltaje, y polarización por realimentación de colector y de emisor. Polarización fija y polarización por realimentación de colector no se usan ya que corto circuitan la salida en el colector común. El modelo híbrido exacto de un transistor bjt en colector común es el siguiente:
Se puede observar que ahora todos los parámetros híbridos, tiene el subíndice c, además de que la fuente de corriente sigue dependiendo de la corriente de base. Ahora el modelo híbrido de emisor común también puede ser usado para analizar un colector común, el modelo híbrido de emisor común configurado para colector común es el siguiente:
En donde lo único que se hizo fue reacomodar el circuito, de tal manera que la entrada siga siendo la base, el común sea ahora el colector,y la salida sea el emisor.Ahora la relación de parámetros entre un colector común y un emisor común es la siguiente
En los próximos ejemplos, se usará el modelo híbrido aproximado de emisor común configurado para colector común, que es el siguiente:
En donde se asume que hre y hoe son cero. La razón de porqué se usa el modelo ac del emisor común configurado para colector común, y no directamente el modelo ac de colector común, es que los parámetros de el emisor común, son los que normalmente se dan en el datasheet, e igualmente los resultados son los mismos. En los siguientes ejemplos se observan las ecuaciones de los parámetros de un colector común, zi, zo, vi, vo, ii, io, Av, y Ai para los diferentes tipos de polarización.
- Configuración de base común
En la configuración base común la entrada es por el emisor, y la salida por el colector como se muestra en la siguiente figura:
Presenta las siguientes características:
Alta ganancia de Voltaje.
Ganancia de corriente menor a 1.
No inversión de voltaje en la salida.
Inversión de Corriente en la salida.
Impedancia de entrada pequeña.
Impedancia de salida grande.
Un transistor en configuración base común se usa en aplicaciones VHF (very high frequency) y UHF (ultra high frequency), ya que presenta una respuesta excelente a altas frecuencias, esto debido a que no se ve afectado por el efecto Miller, ya que presenta una baja realimentación de la salida a la entrada. Ademas en en la configuración compuesta cascode se usa un base común precedido de un emisor común, para tener los beneficios de la alta impedancia del emisor común, y la buena respuesta en frecuencia del base común.
Las polarizaciones que se usan en un base común son la polarización estabilizado en emisor, polarización por divisor de voltaje, y polarización por realimentacion de colector y de emisor. Polarización fija y polarización por realimentacion de colector no se usan ya que corto circuitan la entrada en el base común. El modelo híbrido exacto de un transistor bjt en base común es el siguiente
Se puede observar que ahora todos los parámetros híbridos, tiene el subíndice b, además de que la fuente de corriente ahora depende de la corriente de emisor. Ahora el modelo híbrido de emisor común también puede ser usado para analizar un base común, el modelo híbrido de emisor común configurado para base común es el siguiente:
En donde lo unico que se hizo fue reacomodar el circuito, de tal manera que la entrada sea ahora el emisor, el común sea la base,y la salida sea el colector. Ahora la relación de parámetros entre un base común y un emisor común es la siguiente:
En los próximos ejemplos, se usará el modelo aproximado de emisor común configurado para base común, por lo cual todas las ecuaciones de los parámetros estaran en términos de hie y hfe, el modelo es el siguiente
En donde se asume que hre y hoe son cero. La razón de porqué se usa el modelo ac del emisor común configurado para base común, y no directamente el modelo ac de base común, es que los parámetros de el emisor común, son los que normalmente se dan en el datasheet, e igualmente los resultados son los mismos. En los siguientes ejemplos se observan las ecuaciones de los parámetros de un base común, zi, zo, vi, vo, ii, io, Av, y Ai para los diferentes tipos de polarización.
