Amplificador Emisor Común: Diseño, Medición y Técnicas de Realimentación

Componentes y Materiales

• Un transistor NPN (modelo 2N2222 o 2N3403 recomendado; paquete de 15 unidades en Radio Shack #276-1617)
• Dos baterías de 6 V
• Un potenciómetro de 10 kΩ, una vuelta, taper lineal (Radio Shack #271-1715)
• Una resistencia de 1 MΩ
• Una resistencia de 100 kΩ
• Una resistencia de 10 kΩ
• Una resistencia de 1,5 kΩ

Referencias Cruzadas

Lessons In Electric Circuits, Volumen 3, Capítulo 4: Transistores de Unión Bipolar

Objetivos de Aprendizaje

• Diseñar un circuito amplificador emisor común simple
• Medir ganancia de voltaje del amplificador
• Distinguir entre amplificadores inversores y no inversores
• Aplicar realimentación negativa para mejorar estabilidad

Diagrama Esquemático

 

Ilustración

 

Instrucciones

Construye el circuito y mide el voltaje de salida (colector-a-tierra) y voltaje de entrada (cursor potenciómetro-a-tierra) a lo largo de un rango de ajustes del potenciómetro. Primero barre el potenciómetro de su posición más baja a más alta para identificar el rango completo de voltaje de salida. Luego elige varios voltajes objetivo intermedios (ej. 1 V, 3 V, 5 V, 7 V, 9 V, 11 V) y registra los voltajes de entrada correspondientes.

Con al menos dos pares de datos, calcula la ganancia de voltaje como la relación del cambio de salida al cambio de entrada. Por ejemplo, si 1,5 V de entrada produce 7,0 V de salida y 1,66 V de entrada produce 1,0 V de salida, la ganancia es (7,0–1,0)/(1,66–1,5) = 6/0,16 ≈ 37,5.

Dos observaciones clave emergen: inversión – aumentar voltaje de entrada produce voltaje de salida decreciente, confirmando que el amplificador es inversor; y una ganancia de voltaje grande, superando con creces la ganancia unitaria de un seguidor de voltaje.

Los amplificadores emisor común son apreciados por su alta ganancia pero también son sensibles a temperatura. Prueba esto calentando el transistor (mano o secador) y notando cualquier cambio en voltaje de salida a entrada fija. Enfría el transistor con un cubo de hielo y observa el cambio. Variaciones de temperatura alteran la unión base-emisor, modificando corriente de base para una entrada dada y afectando así corriente de colector y voltaje de salida.

La realimentación negativa puede mitigar la deriva por temperatura. El método más simple añade una resistencia entre emisor y tierra, creando un divisor de voltaje que reduce sensibilidad de entrada. Ver el diagrama abajo para referencia.

 

 

 

Repite las mediciones de voltaje con una resistencia de emisor de 1,5 kΩ instalada. Re-calcula la ganancia reducida y prueba estabilidad térmica de nuevo. Compara la magnitud de variación de salida con y sin la resistencia.

Una técnica alternativa de realimentación acopla la salida de vuelta a la entrada vía una resistencia de alto valor (ej. 1 MΩ entre colector y base). Esto también reduce ganancia mientras mejora estabilidad, aunque los dos esquemas producen rangos de salida diferentes. Observa cómo los límites de voltaje de barrido completo difieren entre los dos circuitos.

 

 

 

Simulación por Computadora

Esquemático con números de nodo SPICE:

 

 

Netlist (crea un archivo de texto conteniendo lo siguiente exactamente):

Amplificador emisor común
vsupply 1 0 dc 12
vin 3 0
rc 1 2 10k
rb 3 4 100k
q1 2 4 0 mod1
.model mod1 npn bf=200
.dc vin 0 2 0.05
.plot dc v(2,0) v(3,0)
.end

Esta simulación SPICE aplica un barrido CC de 0 a 2 V en vin y registra el voltaje colector-a-tierra. El gráfico de salida muestra una transición tipo escalón cuando el transistor entra en su región activa.

 

Hoja de Trabajo Relacionada

• Hoja de Trabajo de Amplificadores BJT Clase A