Amplificador de Colector Común: Fundamentos y Aplicaciones del Seguidor de Emisor

En el diseño de amplificadores con transistores, la configuración de colector común —a menudo llamada seguidor de emisor— ofrece una solución simple pero potente para el buffer de voltaje y la amplificación de corriente. A continuación, desglosamos su funcionamiento, características clave y usos prácticos.

¿Qué es la configuración de colector común?

A diferencia de la topología de emisor común, en un circuito de colector común el colector se comparte entre la entrada y la salida. El esquema siguiente ilustra las conexiones esenciales:

Aquí, la fuente de señal y la carga están ambas conectadas al terminal del colector, mientras que el emisor actúa como nodo de salida. Dado que el emisor debe conducir toda la corriente que fluye a través del transistor —corriente de base más corriente de colector—, el circuito ofrece inherentemente una gran ganancia de corriente.

Ganancia de corriente en el amplificador de colector común

La corriente entregada a la carga es igual a la corriente de emisor, que es la suma de las corrientes de base y colector. Por lo tanto, la ganancia de corriente (A_I) es:

$$A_I = \beta + 1$$

donde β es el factor de ganancia de corriente del transistor. Esta es la mayor ganancia de corriente alcanzable con un amplificador de un solo transistor.

Ganancia de voltaje: Casi unidad

Uno de los rasgos definitorios de esta topología es su comportamiento de voltaje. Dado que el voltaje del emisor sigue al voltaje de base menos una caída de ~0,7 V de V_BE (para dispositivos de silicio), el voltaje de salida es esencialmente el voltaje de entrada menos esa caída constante del diodo. En consecuencia, la ganancia de voltaje (A_V) es cercana a 1 (0 dB) y el amplificador es no inversor.

En SPICE, el comportamiento puede verificarse con la siguiente netlist:

common-collector amplifier vin 1 0 q1 2 1 3 mod1 v1 2 0 dc 15 rload 3 0 5k .model mod1 npn .dc vin 0 5 0.2 .plot dc v(3,0) .end

Los resultados de la simulación confirman que la salida sigue a la entrada con solo el desfase de ~0,7 V, independientemente de β o la resistencia de carga.

Amplificación de señales AC

Para señales de corriente alterna, se añade un sesgo DC a la entrada para mantener el transistor en su región activa durante toda la forma de onda. El circuito y su simulación transitoria se muestran a continuación:

common-collector amplifier vin 1 4 sin(0 1.5 2000 0 0) vbias 4 0 dc 2.3 q1 2 1 3 mod1 v1 2 0 dc 15 rload 3 0 5k .model mod1 npn .tran .02m .78m .plot tran v(1,0) v(3,0) .end

La salida sigue la forma de onda de entrada con la misma amplitud pico a pico, desplazada solo por la caída V_BE.

Los transistores PNP funcionan igual de bien

El uso de un dispositivo PNP en configuración de colector común produce el mismo comportamiento de seguidor de voltaje, con polaridades invertidas de voltajes y corrientes. El esquema y la operación permanecen análogos al caso NPN.

Aplicaciones prácticas

• Regulación de voltaje: Un transistor de colector común puede aumentar la capacidad de corriente de un regulador con diodo Zener, impulsando cargas más pesadas mientras el Zener maneja solo la corriente de base. El voltaje de carga será aproximadamente 0,7 V por debajo del voltaje Zener.
• Par Darlington: Para una ganancia de corriente aún mayor, dos transistores pueden cascadearse en una disposición Darlington, multiplicando efectivamente sus ganancias individuales (β + 1). El voltaje de salida pierde entonces dos caídas V_BE respecto a la entrada.

Los diagramas de un solo transistor, una versión PNP y un par Darlington ilustran estos conceptos.

Conclusiones clave

• El colector común (seguidor de emisor) comparte su terminal de colector entre entrada y salida.
• Proporciona una salida no inversora con ganancia de voltaje ≈ 1 y ganancia de corriente β + 1.
• Es ideal para buffer, regulación de voltaje y control de alta corriente.
• Los pares Darlington extienden la ganancia de corriente manteniendo la propiedad de seguidor de voltaje.

Recursos relacionados

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