Análisis de Impedancia de Entrada y Salida en Amplificadores

La impedancia de entrada en amplificadores de transistor varía marcadamente con la topología del circuito y el sesgo. Aunque la impedancia verdadera es compleja y dependiente de la frecuencia, aproximaciones prácticas dan una guía clara para las tres configuraciones básicas.

Para el colector común (seguidor de emisor), la resistencia de entrada es simplemente la resistencia de emisor multiplicada por la ganancia de corriente:

Rin = \beta RE

En una etapa de emisor común la situación es ligeramente más involucrada porque la resistencia interna del emisor, r_ee, debe considerarse:

La resistencia interna del emisor viene dada por:

ree = \dfrac{KT}{IE}\quad \text{donde}\quad K = 1.38\times10^{-23}\,\text{W·s/K},\;T \approx 300\,\text{K}

Para transistores de silicio, la constante se simplifica a aproximadamente 26 mV por miliamperio de corriente de emisor:

ree \approx \dfrac{26\,\text{mV}}{IE\,(\text{A})}

Así, la resistencia de entrada de una etapa de emisor común es:

Rin = \beta\,ree

Ejemplo: Con \beta = 100 y un sesgo de emisor de 1 mA,

ree = \dfrac{26\,\text{mV}}{1\,\text{mA}} = 0.26\,\Omega
Rin = 100 \times 0.26\,\Omega = 26\,\Omega

Para una estimación más precisa en una etapa de colector común que incluye una resistencia de emisor externa R_E, la resistencia de entrada se convierte en:

Rin = \beta\,(RE + ree)

Esta misma expresión también se aplica a una configuración de emisor común que incorpora una resistencia de emisor.

La configuración de base común tiene una impedancia de entrada marcadamente menor, esencialmente igual a la resistencia interna del emisor:

Rin = ree

La alta impedancia de entrada hace al colector común ideal para impulsar fuentes de alta impedancia como micrófonos de cristal o cerámicos. La baja impedancia de entrada de la base común es útil en aplicaciones RF donde una alimentación coaxial de 50 Ω debe adaptarse. La etapa de emisor común ofrece una impedancia de entrada moderada, haciéndola adecuada para fuentes de rango medio como micrófonos dinámicos.

Las impedancias de salida para las tres configuraciones básicas se resumen en la figura siguiente. La impedancia de salida moderada de la etapa de emisor común explica su popularidad para tareas de amplificación general. La impedancia de salida muy baja de la etapa de colector común se explota para adaptación de impedancia, por ejemplo, en conexiones sin transformador a un altavoz de 4 Ω. Existen expresiones de forma cerrada para la resistencia de salida pero son más complejas; véase las derivaciones de R. Victor Jones (referencia [RVJ]).

Características de amplificadores adaptadas del Manual de Transistores GE, Figura 1.21.

Repaso

• Consulte la figura anterior para una comparación visual de impedancias de entrada y salida.

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