Base común

En electrónica , un amplificador de base común (también conocido como de base conectada a tierra ) es una de las tres topologías básicas de amplificadores de transistores de unión bipolar (BJT) de una sola etapa , que se utilizan normalmente como búfer de corriente o amplificador de voltaje .

En este circuito, el emisor del transistor actúa como entrada, el colector como salida y la base está conectada a tierra, o "común", de ahí su nombre. El circuito análogo con transistor de efecto de campo es el amplificador de puerta común .

Esta configuración no es muy común en circuitos discretos de baja frecuencia, donde se suele emplear en amplificadores que requieren una impedancia de entrada inusualmente baja , por ejemplo, para funcionar como preamplificador de micrófonos de bobina móvil . Sin embargo, es popular en circuitos integrados y en amplificadores de alta frecuencia, por ejemplo, para VHF y UHF , debido a que su capacitancia de entrada no sufre el efecto Miller , que degrada el ancho de banda de la configuración de emisor común , y debido al aislamiento relativamente alto entre la entrada y la salida. Este alto aislamiento implica que hay poca retroalimentación de la salida a la entrada, lo que resulta en una alta estabilidad.

Esta configuración también resulta útil como búfer de corriente, ya que presenta una ganancia de corriente cercana a la unidad (véanse las fórmulas a continuación). A menudo se utiliza una base común, precedida por una etapa de emisor común. La combinación de ambas forma la configuración en cascada , que ofrece varias de las ventajas de cada configuración, como una alta impedancia de entrada y un buen aislamiento.

A bajas frecuencias y en condiciones de señal débil , el circuito de la Figura 1 se puede representar mediante el de la Figura 2, donde se ha empleado el modelo híbrido-pi para el BJT. La señal de entrada está representada por una fuente de tensión de Thévenin v _s con una resistencia en serie R _s y la carga es una resistencia R _L . Este circuito se puede utilizar para derivar las siguientes características del amplificador de base común.

Nota: Las líneas paralelas (||) indican componentes en paralelo .

En general, la ganancia total de voltaje/corriente puede ser sustancialmente menor que las ganancias en circuito abierto/cortocircuito enumeradas anteriormente (dependiendo de las resistencias de la fuente y la carga) debido al efecto de carga .

A continuación se describen en detalle varios ejemplos de aplicación. Le sigue un breve resumen.

• La impedancia de entrada del amplificador R _vista desde el nodo emisor es muy baja, dada aproximadamente por

  ${\displaystyle R_{\text{in}}=r_{\text{E}}={\frac {V_{\text{T}}}{I_{\text{E}}}},}$

donde V _T es la tensión térmica e I _E es la corriente continua del emisor.

Por ejemplo, para V _T = 26  mV e I _E = 10  mA, valores bastante típicos, R _in = 2,6  Ω. Si se reduce I _{E para aumentar} R _in , existen otras consecuencias, como una menor transconductancia, una mayor resistencia de salida y un menor β , que también deben tenerse en cuenta. Una solución práctica a este problema de baja impedancia de entrada es colocar una etapa de emisor común en la entrada para formar un amplificador en cascada .

• Debido a que la impedancia de entrada es tan baja, la mayoría de las fuentes de señal tienen una impedancia de fuente mayor que la del amplificador de base común R _in . La consecuencia es que la fuente entrega una corriente a la entrada en lugar de un voltaje, incluso si es una fuente de voltaje. (Según el teorema de Norton , esta corriente es aproximadamente i _in = v _S / R _S ). Si la señal de salida también es una corriente, el amplificador es un búfer de corriente y entrega la misma corriente que su entrada. Si la salida se toma como un voltaje, el amplificador es un amplificador de transresistencia y entrega un voltaje que depende de la impedancia de carga, por ejemplo v _out = i _in R _L para una carga resistiva R _L mucho menor en valor que la resistencia de salida del amplificador R _out . Es decir, la ganancia de voltaje en este caso (explicada con más detalle a continuación) es

  ${\displaystyle v_{\text{out}}=i_{\text{in}}R_{\text{L}}=v_{\text{s}}{\frac {R_{\text{L}}}{R_{\text{S}}}}\Rightarrow A_{v}={\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{S}}}}={\frac {R_{\text{L}}}{R_{\text{S}}}}.}$

Nótese que para impedancias de fuente tales que R _S ≫ r _E la impedancia de salida se aproxima a R _out = R _C || [ g _m ( r _π || R _S ) r _O ].

• Para el caso especial de fuentes de muy baja impedancia, el amplificador de base común funciona como un amplificador de voltaje, uno de los ejemplos que se analizan a continuación. En este caso (que se explica con más detalle más adelante), cuando R _S ≪ r _E y R _L ≪ R _out , la ganancia de voltaje se convierte en

  ${\displaystyle A_{\text{v}}={\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{S}}}}={\frac {R_{\text{L}}}{r_{\text{E}}}}\approx g_{\text{m}}R_{\text{L}},}$

donde g _m = I _C / V _T es la transconductancia. Nótese que para una impedancia de fuente baja, R _out = r _O || R _C .

• La inclusión de r _O en el modelo híbrido-pi predice la transmisión inversa desde la salida del amplificador a su entrada, es decir, el amplificador es bilateral . Una consecuencia de esto es que la impedancia de entrada/salida se ve afectada por la impedancia de terminación de carga/fuente; por lo tanto, por ejemplo, la resistencia de salida R _out puede variar en el rango r _O || R _C ≤ R _out ≤ ( β + 1) r _O || R _C , dependiendo de la resistencia de fuente R _S . El amplificador puede aproximarse como unilateral cuando la omisión de r _O es precisa (válida para ganancias bajas y resistencias de carga bajas a moderadas), lo que simplifica el análisis. Esta aproximación se suele realizar en diseños discretos, pero puede ser menos precisa en circuitos de RF y en diseños de circuitos integrados, donde normalmente se utilizan cargas activas.

amplificador de voltaje

En el caso de que el circuito de base común se utilice como amplificador de voltaje, el circuito se muestra en la Figura 2.

La resistencia de salida es grande, al menos R _C || r _O , valor que surge con baja impedancia de fuente ( R _S ≪ r _E ). Una resistencia de salida grande es indeseable en un amplificador de voltaje, ya que conduce a una división de voltaje deficiente en la salida. No obstante, la ganancia de voltaje es apreciable incluso para cargas pequeñas: según la tabla, con R _S = r _E la ganancia es A _v = g _m R _L / 2. Para impedancias de fuente mayores, la ganancia está determinada por la relación de resistencias R _L / R _S , y no por las propiedades del transistor, lo que puede ser una ventaja cuando la insensibilidad a la temperatura o a las variaciones del transistor es importante.

Una alternativa al uso del modelo híbrido-pi para estos cálculos es una técnica general basada en redes de dos puertos . Por ejemplo, en una aplicación como esta, donde la salida es el voltaje, se podría seleccionar una red de dos puertos equivalente a g por simplicidad, ya que utiliza un amplificador de voltaje en el puerto de salida.

Para valores de R _S cercanos a r _E, el amplificador presenta una transición entre amplificador de voltaje y búfer de corriente. Para R _S ≫ r _E, la representación del controlador como fuente de Thévenin debe reemplazarse por una representación con una fuente de Norton . El circuito de base común deja de comportarse como un amplificador de voltaje y pasa a comportarse como un seguidor de corriente, como se explica a continuación.

Seguidor actual

La figura 3 muestra el amplificador de base común utilizado como seguidor de corriente. La señal del circuito la proporciona una fuente de Norton de CA (corriente I _S , resistencia de Norton R _S ) en la entrada, y el circuito tiene una carga resistiva R _L en la salida.

Como se mencionó anteriormente, este amplificador es bilateral como consecuencia de la resistencia de salida r _O , que conecta la salida con la entrada. En este caso, la resistencia de salida es grande incluso en el peor de los casos (es al menos r _O || R _C y puede llegar a ser ( β + 1) r _O || R _C para R _S grande ). Una resistencia de salida grande es un atributo deseable de una fuente de corriente porque una división de corriente favorable envía la mayor parte de la corriente a la carga. La ganancia de corriente es muy cercana a la unidad siempre que R _S ≫ r _E .

Una técnica de análisis alternativa se basa en redes de dos puertos . Por ejemplo, en una aplicación como esta, donde la corriente es la salida, se selecciona una red de dos puertos equivalente en h porque utiliza un amplificador de corriente en el puerto de salida.

• Coleccionista común
• emisor común
• Puerta común
• desagüe común
• Fuente común
• Amplificador diferencial
• Modelo híbrido-pi
• Red de dos puertos

• ECE 327: Fundamentos del transistor : proporciona un ejemplo de circuito de base común (es decir, fuente de corriente) con su explicación.