¿Para qué sirve el condensador de derivación en el emisor de un amplificador de emisión común?

Question

¿Por qué tenemos el condensador de paso paralelo a R(E) en este circuito amplificador? Dicen que es para desviar la resistencia RE para las señales de CA, pero entonces ¿por qué se requiere pasar el R(E)

Dicen que es para evitar la retroalimentación negativa de la resistencia, pero no entiendo el concepto de retroalimentación negativa en este caso ¿Qué es la retroalimentación negativa y por qué deshacerse de ella?

Answer 1

Es difícil ver dónde está la retroalimentación negativa en un amplificador de emisor común, pero considere lo que sucede cuando la resistencia de emisor no está presente, es decir, el emisor está conectado directamente a 0 voltios. La entrada de la señal en la base se convierte entonces en una entrada en un diodo conectado a tierra y polarizado hacia delante.

Como la región base-emisor es un diodo, cuando se eleva la tensión de base (transistor NPN) se obtiene la característica de impedancia de entrada de un diodo: -

Imagen tomada de hiperfísica y simplificado.

Deberías poder ver que un pequeño cambio en la tensión base-emisor produce un gran cambio en la corriente de la base alrededor de la zona de 0,6 voltios.

Así, si la corriente de base cambia de 2uA a 100 uA en el rango de tensión de base de 0,5 voltios a 0,7 voltios, entonces la corriente de colector va a tratar de cambiar por un valor que es hFE veces mayor, es decir, cambiará de 200 uA a 10 mA (suponiendo que el hFE del BJT es 100).

Si tienes una resistencia de colector de 1 kohm y una alimentación de 15 voltios, entonces el voltaje inicial en el colector debido a los 0,5 voltios en la base es: -

15 voltios - (200 uA x 1 kohm) = 14,8 voltios.

Cuando el voltaje de la base sube a 0,7 voltios, el voltaje del colector cae a: -

15 voltios - (10 mA x 1 kohm) = 5 voltios.

A primera vista se trata de una amplificación de la tensión de \$\dfrac{14.8-5}{0.2}\$ = 49.

Así que aquí está el primer punto - no siempre queremos etapas de voltaje de alta ganancia y por lo tanto ponemos una resistencia de emisor y, tan pronto como la corriente de colector intenta fluir, esa resistencia de emisor eleva el voltaje de emisor y por lo tanto el voltaje de base-emisor está empezando a ser impedido de actuar como el diodo polarizado hacia adelante como se explicó anteriormente - en este sentido es la retroalimentación negativa - si demasiada corriente de colector trató de fluir el voltaje de base-emisor se reduce de manera que demasiada corriente de colector no puede fluir.

El impacto de esto es que ahora hay un voltaje de señal visto en el emisor y ese voltaje de señal se convierte virtualmente en el mismo voltaje de señal que en la base pero alrededor de 0,6 voltios DC más bajo (para un transistor NPN). Al fin y al cabo, se trata de un diodo polarizado hacia delante en serie con una resistencia de emisor, es decir, esto no debería ser inesperado.

Ahora, como es razonable decir que las corrientes de emisor y colector son iguales, la ganancia de tensión del circuito tiende a convertirse en Rc/Re y, ya no tenemos una fuerte dependencia de la ganancia de tensión con hFE y la temperatura (Vbe cambia con la temperatura a -2 mV por degC).

Otra ventaja de tener una resistencia de emisor es la mejora resultante de la impedancia de entrada de la base. Sin la resistencia de emisor, la impedancia de entrada es la de un diodo polarizado hacia delante y ésta cambiará cíclicamente (y de forma muy poco lineal) con la señal superpuesta a la polarización. Esto provoca inevitablemente la distorsión de esa señal.

Con la resistencia de emisor presente, cualquier característica del diodo es amortiguada por el valor de la resistencia de emisor multiplicado por la ganancia de corriente, por lo tanto, con una resistencia de emisor de 100 ohmios y una beta de 100, la impedancia proyectada a la base se convierte en un diodo en serie de 10 kohm.

El condensador de derivación es un intento de hacer que la ganancia de tensión para las señales de CA sea mayor que la ganancia de CC establecida por Rc y Re. Añade problemas y resuelve algunos problemas y es una bendición mixta. La impedancia de entrada para las señales de CA cae más o menos al valor cuando no se utiliza una resistencia de emisor.

Answer 2

La retroalimentación negativa consiste en que cuando la señal de salida aumenta, la corriente que circula por el colector (y por tanto por el emisor) también aumenta. Si la corriente en el emisor aumenta, la tensión a través del Re aumenta y el potencial (Ve) del emisor se hace más alto. Por lo tanto, el Vbe del transistor será menor: Vbe = Vb - Ve. Un Vbe más bajo conlleva una menor ganancia. Es la retroalimentación negativa. Si pones ese condensador a tierra reducirás este efecto porque a la frecuencia de funcionamiento el condensador tendrá una baja impedancia y así en paralelo con Re bajará toda la impedancia del emisor, reduciendo el efecto de retroalimentación.

Answer 3

El transistor tiene que estar polarizado en CC. R1 y R2 fijan la tensión de base, por lo que Re fija la corriente de emisor.

Este punto de polarización determina el Gm del transistor y, por lo tanto, su RE interno = 1/Gm. Si se polariza alrededor de 24mA, entonces Gm=1A/V y internal_Re=1ohm.

Ahora bien, sin la tapa de derivación, la ganancia de este transistor sería Rc/(Re+Re interno) y es probable que sea baja.

Reducir Re para aumentar la ganancia dificulta el control de la corriente de polarización en CC.

Anular Re con un capuchón ofrece una solución: el capuchón pone en cortocircuito las señales de CA, por lo que la ganancia de CA es ahora Rc/internal_Re, que es mucho mayor.

Dado que Re y la tapa de bypass controlan la ganancia, de hecho puedes utilizar cualquier red que quieras aquí para dar forma a la respuesta en frecuencia del circuito, no sólo una simple RC.

Answer 4

¿Para qué sirve el condensador de derivación en el emisor de un seguidor de emisor en un amplificador?

para aumentar su ganancia de CA sin afectar a la estabilidad de CC.