En electrónica , un amplificador de emisor común es una de las tres topologías básicas de amplificadores de transistores de unión bipolar (BJT) de una sola etapa, que se utilizan normalmente como amplificadores de tensión . Ofrece una ganancia de corriente alta (normalmente 200), una resistencia de entrada media y una resistencia de salida alta. La salida de un amplificador de emisor común está invertida; es decir, para una señal de entrada de onda sinusoidal , la señal de salida está desfasada 180 grados con respecto a la entrada. [1]
En este circuito, el terminal base del transistor sirve como entrada, el colector es la salida y el emisor es común a ambos (por ejemplo, puede estar conectado a una referencia de tierra o a un riel de alimentación ), de ahí su nombre. El circuito FET análogo es el amplificador de fuente común y el circuito de tubo análogo es el amplificador de cátodo común .
Los amplificadores de emisor común proporcionan al amplificador una salida invertida y pueden tener una ganancia muy alta que puede variar ampliamente de un transistor a otro. La ganancia es una función importante tanto de la temperatura como de la corriente de polarización, por lo que la ganancia real es algo impredecible. La estabilidad es otro problema asociado con estos circuitos de alta ganancia debido a cualquier retroalimentación positiva no intencional que pueda estar presente.
Otros problemas asociados con el circuito son el bajo rango dinámico de entrada impuesto por el límite de pequeña señal ; hay una alta distorsión si se excede este límite y el transistor deja de comportarse como su modelo de pequeña señal. Una forma común de aliviar estos problemas es con la degeneración del emisor . Esto se refiere a la adición de una pequeña resistencia entre el emisor y la fuente de señal común (por ejemplo, la referencia de tierra o un riel de fuente de alimentación ). Esta impedancia reduce la transconductancia general del circuito por un factor de , lo que hace que la ganancia de voltaje
dónde .
La ganancia de tensión depende casi exclusivamente de la relación de las resistencias y no de las características intrínsecas e impredecibles del transistor. De este modo, las características de distorsión y estabilidad del circuito se mejoran a costa de una reducción de la ganancia.
(Si bien esto a menudo se describe como " retroalimentación negativa ", ya que reduce la ganancia, aumenta la impedancia de entrada y reduce la distorsión, es anterior a la invención del amplificador de retroalimentación negativa y no reduce la impedancia de salida ni aumenta el ancho de banda, como lo haría un verdadero amplificador de retroalimentación negativa. [2] )
A bajas frecuencias y utilizando un modelo híbrido-pi simplificado , se pueden derivar las siguientes características de pequeña señal .
Si la resistencia de degeneración del emisor no está presente, entonces , y las expresiones se simplifican efectivamente a las que se dan en la columna más a la derecha (tenga en cuenta que la ganancia de voltaje es un valor ideal; la ganancia real es algo impredecible). Como se esperaba, cuando aumenta , aumenta la impedancia de entrada y se reduce la ganancia de voltaje.
El ancho de banda del amplificador de emisor común tiende a ser bajo debido a la alta capacitancia resultante del efecto Miller . La capacitancia base-colector parásita aparece como un capacitor parásito más grande (donde es negativo) desde la base a tierra . [3] Este capacitor grande disminuye en gran medida el ancho de banda del amplificador ya que hace que la constante de tiempo del filtro RC de entrada parásito sea donde es la impedancia de salida de la fuente de señal conectada a la base ideal.
El problema se puede mitigar de varias maneras, entre ellas:
El efecto Miller afecta negativamente el rendimiento del amplificador de fuente común de la misma manera (y tiene soluciones similares). Cuando se aplica una señal de CA al amplificador de transistores, hace que el voltaje de base VB fluctúe en valor en la señal de CA. La mitad positiva de la señal aplicada provocará un aumento en el valor de VB, que a su vez aumentará la corriente de base IB y provocará un aumento correspondiente en la corriente de emisor IE y la corriente de colector IC. Como resultado, el voltaje de colector-emisor se reducirá debido al aumento de la caída de voltaje a través de RL. La alternancia negativa de una señal de CA provocará una disminución de IB, esta acción luego provoca una disminución correspondiente de IE a través de RL.
También se denomina amplificador de emisor común porque el emisor del transistor es común tanto al circuito de entrada como al de salida. La señal de entrada se aplica a través de la tierra y del circuito base del transistor. La señal de salida aparece a través de la tierra y del colector del transistor. Dado que el emisor está conectado a tierra, es común a las señales de entrada y salida.
El circuito de emisor común es el más utilizado entre los amplificadores de transistores de unión. En comparación con la conexión de base común, tiene una mayor impedancia de entrada y una menor impedancia de salida. Se puede utilizar fácilmente una sola fuente de alimentación para la polarización. Además, normalmente se obtienen mayores ganancias de voltaje y potencia con el funcionamiento de emisor común (CE).
La ganancia de corriente en el circuito de emisor común se obtiene a partir de las corrientes de los circuitos de base y colector. Debido a que un cambio muy pequeño en la corriente de base produce un cambio grande en la corriente de colector, la ganancia de corriente (β) siempre es mayor que la unidad para el circuito de emisor común; un valor típico es aproximadamente 50.
En la Figura 3 se muestra un ejemplo típico del uso de un amplificador de emisor común.
El condensador de entrada C elimina cualquier componente de CC de la entrada, y las resistencias R 1 y R 2 polarizan el transistor de modo que permanecerá en modo activo durante todo el rango de la entrada. La salida es una copia invertida del componente de CA de la entrada que se ha amplificado mediante la relación RC / RE y se ha desplazado en una cantidad determinada por las cuatro resistencias. Debido a que RC suele ser grande, la impedancia de salida de este circuito puede ser prohibitivamente alta. Para aliviar este problema, RC se mantiene lo más bajo posible y el amplificador va seguido de un búfer de voltaje como un seguidor de emisor .
Los amplificadores de emisor común también se utilizan en circuitos de radiofrecuencia, por ejemplo, para amplificar señales débiles recibidas por una antena . [ dudoso – discutir ] En este caso, es común reemplazar la resistencia de carga con un circuito sintonizado. Esto se puede hacer para limitar el ancho de banda a una banda estrecha centrada alrededor de la frecuencia de operación deseada. Más importante aún, también permite que el circuito funcione a frecuencias más altas, ya que el circuito sintonizado se puede utilizar para resonar cualquier capacitancia entre electrodos y parásita, que normalmente limitan la respuesta de frecuencia. Los emisores comunes también se utilizan comúnmente como amplificadores de bajo ruido .
Los amplificadores de emisor común también se utilizan para amplificadores de audio. Por ejemplo, en [4] se presenta una aplicación casera o para aficionados del amplificador de emisor común.
Aunque se acepta comúnmente que la degeneración del emisor es retroalimentación, esto es solo parcialmente cierto. ... no tiene efecto sobre el ancho de banda efectivo o la impedancia de salida. Harold Black inventó la retroalimentación negativa, no la degeneración (que precedió a su invención).
