En electrónica , un amplificador de emisor común es una de las tres topologías básicas de amplificador de transistor de unión bipolar (BJT) de una sola etapa , que normalmente se utiliza como amplificador de voltaje . Ofrece una ganancia de corriente alta (normalmente 200), una resistencia de entrada media y una resistencia de salida alta. La salida de un amplificador 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 a tierra o a un riel de suministro de energía ), de ahí su nombre. El circuito FET analógico es el amplificador de fuente común y el circuito de válvulas analógico es el amplificador de cátodo común .
Los amplificadores de emisor común le dan 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 involuntaria que pueda estar presente.
Otros problemas asociados con el circuito son el bajo rango dinámico de entrada impuesto por el límite de señal pequeña ; 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 a tierra o un riel de suministro de energía ). Esta impedancia reduce la transconductancia general del circuito en un factor de , lo que hace que la ganancia de voltaje
dónde .
La ganancia de voltaje depende casi exclusivamente de la relación de las resistencias más que de las características intrínsecas e impredecibles del transistor. Las características de distorsión y estabilidad del circuito mejoran así a expensas 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 un verdadero amplificador de retroalimentación negativa. haría [2] )
A bajas frecuencias y utilizando un modelo híbrido-pi simplificado, se pueden derivar las siguientes características de señal pequeña .
Si la resistencia de degeneración del emisor no está presente, entonces , y las expresiones se simplifican efectivamente a las dadas en la columna de 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, la impedancia de entrada aumenta y la ganancia de voltaje se reduce.
El ancho de banda del amplificador de emisor común tiende a ser bajo debido a la alta capacitancia resultante del efecto Miller . La capacitancia parásita del colector de base aparece como un capacitor parásito más grande (donde es negativo) desde la base a tierra . [3] Este gran condensador disminuye en gran medida el ancho de banda del amplificador, ya que hace que el tiempo del filtro RC parásito de entrada sea constante, donde está 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 fuente común de la misma manera (y tiene soluciones similares). Cuando se aplica una señal de CA al amplificador de transistores, hace que el valor del voltaje base VB fluctúe en la señal de CA. La mitad positiva de la señal aplicada provocará un aumento en el valor de VB. Este a su vez aumentará la corriente base IB y provocará un aumento correspondiente en la corriente del emisor IE y la corriente del colector IC. Como resultado, el voltaje del colector-emisor se reducirá debido al aumento de la caída de voltaje en RL. La alternancia negativa de una señal de CA causará una disminución en IB. Esta acción luego causa una disminución correspondiente en 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 circuito de salida. La señal de entrada se aplica a través del suelo y el circuito base del transistor. La señal de salida aparece a través de tierra y el colector del transistor. Dado que el emisor está conectado a tierra, es común para las señales, entrada y salida.
El circuito de emisor común es el más utilizado de los amplificadores de transistores de unión. En comparación con la conexión de base común, tiene una impedancia de entrada más alta y una impedancia de salida más baja. Se utiliza fácilmente una única fuente de alimentación para polarizar. Además, normalmente se obtienen mayores ganancias de tensión y potencia para el funcionamiento con emisor común (CE).
La ganancia de corriente en el circuito emisor común se obtiene de las corrientes del circuito base y colector. Debido a que un cambio muy pequeño en la corriente de base produce un cambio grande en la corriente del 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 para que permanezca en modo activo durante todo el rango de la entrada. La salida es una copia invertida del componente de CA de la entrada que ha sido amplificada por la relación R C / R E y desplazada en una cantidad determinada por las cuatro resistencias. Como R C suele ser grande, la impedancia de salida de este circuito puede ser prohibitivamente alta. Para aliviar este problema, R C se mantiene lo más bajo posible y el amplificador es seguido por un buffer 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 ] 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 operativa prevista. Más importante aún, también permite que el circuito funcione a frecuencias más altas, ya que el circuito sintonizado se puede utilizar para hacer resonar cualquier capacitancia parásita y entre electrodos, que normalmente limita la respuesta de frecuencia. Los emisores comunes también se utilizan habitualmente 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 del amplificador de emisor común que puede hacer usted mismo o para aficionados.
Aunque comúnmente se acepta que la degeneración del emisor es retroalimentación, esto es sólo parcialmente cierto. ... no tiene ningún efecto sobre el ancho de banda efectivo o la impedancia de salida. Harold Black inventó la retroalimentación negativa, no la degeneración (que es anterior a su invención).
