Análisis AC del transistor.

2.3 Análisis AC del transistor.

2.3.1 Acción amplificadora.

Como se sabe un transistor se puede emplear como un dispositivo amplificador. Es decir, la señal senoidal de salida es mayor que la de entrada, o, dicho de otra manera, la potencia de ca de salida puede ser mayor que la potencia de ca de entrada. El factor que permite que una potencia de salida de ca sea mayor que la potencia de ca de entrada es la potencia de cd aplicada. Es un contribuyente a la potencia de salida total aun cuando una parte de ella se disipe por el dispositivo y los elementos resistivos. En otras palabras, existe un “intercambio” de potencia de cd con el dominio de ca que permite establecer una potencia de ca de salida más alta. De hecho, se define una eficiencia de conversión ɳ = Po(ca)/ Pi(cd), donde Po(ca) es la potencia de ca suministrada a la carga y Pi(cd) es la potencia de cd suministrada.

Esto se puede entender mejor con la figura. Para el sistema el nivel de cd establecido controla el valor pico de la excursión en el circuito de salida. Cualquier intento de exceder el límite impuesto por el nivel de cd provocará un “recorte” (aplanamiento) de la región pico en el límite inferior de la señal de salida.

En general, por consiguiente, un diseño de amplificación correcto requiere que los componentes de cd y ca sean sensibles a los requerimientos y limitaciones de cada uno.

En otras palabras, podemos efectuar un análisis de cd completo de un sistema antes de considerar la respuesta de ca. Una vez hecho el análisis de cd, la respuesta de ca se determina mediante un análisis completo de ca. Sucede, sin embargo, que las condiciones de cd determinarán a uno de los componentes que aparece en el análisis de ca de redes de BJT, así que sigue habiendo un vínculo importante entre los dos tipos de análisis.

2.3.2 Modelos de AC.

La clave para el análisis de señal pequeña de un transistor es el uso de circuitos equivalentes (modelos). Un modelo es una combinación de elementos de un circuito, apropiadamente seleccionados, que simula de forma aproximada el comportamiento real de un dispositivo semiconductor en condiciones específicas de operación.

Una vez que se determina el circuito equivalente de ca, el símbolo esquemático del dispositivo puede ser reemplazado por este circuito equivalente y los métodos básicos de análisis de circuitos aplicados para determinar las cantidades deseadas de la red.

En los años formativos del análisis de redes de transistores se empleaba con frecuencia la red equivalente híbrida. Sin embargo, la desventaja de utilizar este circuito equivalente es que se definía para un conjunto de condiciones de operación que podrían no coincidir con las condiciones de operación reales.

Con el tiempo, el uso del modelo re llegó a ser el método más deseable porque las condiciones de operación reales determinaban un parámetro importante del circuito equivalentes, sin embargo el modelo re no incluía el término de realimentación, lo cual en algunos casos puede ser importante, si no es que simplemente problemático.

Para Efecto de análisis de pequeña señal de ca senoidal, las redes que involucran transistores BJT se deben modelar de acuerdo a las siguientes reglas:

1. Hacer todas las fuentes de cd iguales a cero y reemplazarlas por un corto circuito equivalente.
2. Reemplazar todos los capacitores por un corto circuito equivalente.
3. Obtener un equivalente de todos los resistores en paralelo.
4. Redibujar la red de una forma más lógica y conveniente.

2.3.2.1 Modelo re.

El modelo re es una versión reducida del modelo π híbrido. Este modelo también incluye una conexión entre la salida y la entrada para incluir el efecto de realimentación del voltaje de salida y las cantidades de entrada. Este modelo utiliza un diodo y una fuente de corriente controlada para emular el comportamiento de un transistor en la región de interes. Debido a este hecho, los amplificadores BJT son conocidos como dispositivos controlados por corriente.

Configuración emisor común.

El circuito equivalente para la configuración en emisor común se construirá por medio de las características del dispositivo y varias aproximaciones. Comenzando con el lado de entrada, vemos que el voltaje aplicado Vi es igual al voltaje Vbe con la corriente de entrada como la corriente de base Ib

En la figura se muestra el modelo re de la configuración de transistor en emisor común incluido el efecto de re.

[pic 1]

El modelo ac de un emisor común, se usa también para analizar las configuraciones base común, y colector común, ya que los parámetros de este, son los normalmente dados en el datasheet, e igualmente los resultados son los mismos, que si se usara el modelo ac de base común o de colector común. 

Configuración colector común.

Para la configuración en colector común, normalmente se aplica el modelo definido para la configuración de emisor común de la figura anterior en lugar de definir uno para ella.

Configuración base común.

En el caso de la configuración base común l Las características generales del circuito de entrada y salida generarán un circuito equivalente que simulará de forma aproximada el comportamiento real del dispositivo.

En la figura se muestra el circuito equivalente re en base común. Como se observa es semejante en muchas maneras a la configuración en emisor común.

[pic 2]

En general, las configuraciones en base común tienen una impedancia de entrada muy baja porque en esencia sólo es re. Los valores normales se extienden desde unos cuantos ohms hasta tal vez 50 _. La impedancia de salida re, en general, está en el intervalo de los megaohms. Como la corriente de salida se opone a la dirección definida de Io, en el análisis siguiente verá que no hay desfasamiento entre los voltajes de entrada y salida. En el caso de la configuración de emisor común existe un desfasamiento de 180°.

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