Pregunta de Ángel del 05-06-2005: ¿Cálculo de un condensador en paralelo con la resistencia de emisor?
La respuesta a tu pregunta no es complicada. Se debe de calcular considerando que su reactancia capacitiva sea, al menos,
diez veces más pequeña que el valor de la resistencia de emisor. La frecuencia que debe usarse en el cálculo es la mínima
con la que vaya a trabajar el preamplificador, que si suponemos para audio será de unos 20Hz. Pero, ¿hasta qué punto
conviene poner ese condensador? O dicho de otra forma, ¿efectos positivos que introduce versus efectos negativos? Pues bien,
como efecto positivo (o al menos muchas veces se considera como positivo) tenemos el aumento de la ganancia en tensión de
la etapa preamplificadora. Es perfectamente posible que sin condensador dicha ganancia sea 10 y con condensador se "dispare"
hasta más de 100. Como efectos negativos: no tenemos control sobre la ganancia en tensión, aumenta el nivel de distorsión
que afecta a la señal amplificada y se reduce considerablemente el ancho de banda del preamplificador, amén de que
la respuesta en frecuencia en la banda de paso se vuelve menos "plana".
Pregunta de Ángel del 05-06-2005: Continuación de la pregunta anterior. Más detalles.
Tal como yo lo veo, si a un amplificador del tipo tratado se le coloca un condensador en paralelo con la resistencia de
emisor perdemos el control sobre el valor de la ganancia. Me explico. La ganancia en tensión vendrá determinada
(muy aproximadamente) por la siguiente expresión:
Así que ya sabes cómo calcularlo, Ángel, pero visto lo visto quizás no te interese hacerlo.
donde el módulo de Z vale
Como Xc depende de forma inversa con la frecuencia (a mayor frecuencia menor Xc) el valor del módulo de Z no puede ser
constante y, por tanto, tampoco será constante la ganancia en tensión. Así pues, montar el preamplificador con el
condensador de emisor es incompatible con decir que tiene una ganancia de tanto... a menos que se especifique que es para
una frecuencia determinada, y sólo para esa frecuencia. Para frecuencias mayores que ella la ganancia será mayor y
viceversa, para frecuencias menores que ella la ganancia será menor.
Sim embargo, existe una solución intermedia en la que la ganancia puede hacerse mayor al introducir un condensador de
emisor y sin embargo no se elimina completamente los beneficios de una realimentación negativa. La solución de la que
hablo es la de "partir" la resistencia de emisor en dos. El condensador se colocará desacoplando únicamente una de las
partes. La otra parte de la resistencia de emisor queda sin desacoplar:
El condensador deberá calcularse para que su reactancia a la frecuencia mínima de trabajo sea diez veces menor que la resistencia que desacopla. Por otra parte, la ganancia en tensión es de forma muy aproximada la siguiente:
Entonces, ¿cómo calcular una etapa con el empleo de esta técnica? Pues forma muy parecida a la del artículo, sólo que esta vez el valor del total de la resistencia de emisor lo eligiremos según la siguiente desigualdad:
El cálculo de las resistencias parciales de emisor sería el siguiente:
Como último comentario, si es posible elegir RE entre un 10 y un 20% de Rc. No menos por cuestiones de
estabilidad térmica, no más por cuestiones de no restringir demasiado el máximo nivel de salida.
¿No sería posible haber hecho esto con la resistencia de emisor sin desacoplar? (este sí que es el último comentario)
En principio sí... si no queremos una ganancia alta. Si la ganacia debe tener un valor alto se tendría un valor bajo
de RE y se perdería estabilidad térmica. Y si se sube el valor de RE se reduce la ganancia. El
hecho de dividir en dos la RE viene a solucionar este problema: es posible conseguir valores más altos de
ganancia sin renunciar a estabilidad térmica.
Pregunta de amado del 14-06-2005: Detalles sobre el cálculo de la impedancia de entrada.
El término "impedancia de entrada" e refiere a la oposición al paso de la corriente eléctrica que la fuente de señal ve que ofrece el circuito preamplificador, o sea, la que este presenta entre sus terminales de entrada. Bien, ¿qué hay conectado entre dichos terminales? Lo siguiente:
El condensador de entrada no aparece en este circuito equivalente porque lo que tratamos de hacer es calcular su valor
de tal forma que su reactancia sea tan pequeña que se pueda despreciar frente al resto de resistencias que sí aparecen
en este circuito.
La impedancia de entrada (o sea, la que se ve desde los terminales de entrada) será entonces igual a lo siguiente:
¿Por qué aparece la suma re + R4 multiplicada por b?
Porque visto desde la entrada estas resistencias son de un valor aparente b veces mayor que su valor
real (en su origen el término "transistor" se formó de la contracción de "transfer resistor", que traducido viene
a ser algo así como "cambiador de resistencia").
¿Por qué el valor aparente de esas resistencias es b veces mayor? Esto es algo más complicado de
entender (o quizás de explicar). La tensión que aparece en extremos de re + R4 es debida
en su totalidad a la corriente de emisor del transistor, corriente que es comparativamente grande respecto a la de base (de hecho,
b+1 veces más grande). Sin embargo, desde el punto de vista de la entrada del circuito la
corriente que atraviesa a estas resistencias es la corriente de base. ¿Cómo es posible que con esa corriente tan pequeña
aparezca tanta tensión en esa suma de resistencias? (se pregunta la fuente de señal conectada en la entrada del circuito).
La solución no puede ser otra (para esta fuente de señal) que la suma de resistencias sea b+1 veces
más grande de lo que realmente es (todo esto desde el punto de vista de la fuente de señal conectada en la entrada, repito).
Una última cuestión, ¿por qué en la expresión de Ze aparece b
y no b + 1? b suele ser un valor alto. En
nuestro preamplificador se ha supuesto igual a 200. Bien, pues 200 ó 201 viene a ser casi lo mismo. Por tanto, en la expresión
de Ze se ha simplificado de 201 (b + 1) a 200
(b).