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

Es complicado ver dónde está la retroalimentación negativa en un amplificador de emisor común, pero considere lo que sucede cuando la resistencia del emisor no está presente, es decir, el emisor está conectado directamente a 0 voltios. La entrada de señal en la base se convierte luego en una entrada en un diodo con polarización directa y conectado a tierra.

Debido a que la región del emisor base es un diodo, cuando aumenta el voltaje base (transistor NPN), obtiene la característica de impedancia de entrada de un diodo: -

Imagen tomada de la hiperfísica y simplificada.

Debería poder ver que un pequeño cambio en el voltaje base-emisor produce un gran cambio en la corriente base alrededor del área de 0,6 voltios.

Entonces, si la corriente base cambia de 2 uA a 100 uA en el rango de voltaje base de 0,5 voltios a 0,7 voltios, entonces la corriente del colector intentará cambiar en un valor que es hFE veces mayor, es decir, cambiará de 200 uA a 10 mA. (asumiendo que el hFE del BJT es 100).

Si tiene una resistencia de colector de 1 kohm y un suministro 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 base sube a 0,7 voltios, el voltaje del colector cae a: -

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

A primera vista, eso es una amplificación de voltaje de$\dfrac{14.8-5}{0.2}$= 49.

Así que aquí está el primer punto: no siempre queremos etapas de voltaje de alta ganancia, por lo que colocamos una resistencia de emisor y, tan pronto como la corriente del colector intenta fluir, esa resistencia de emisor eleva el voltaje del emisor y, por lo tanto, el voltaje base-emisor es comenzando a evitar que actúe como el diodo polarizado directo como se explicó anteriormente; en este sentido, es una retroalimentación negativa; si intenta fluir demasiada corriente de colector, el voltaje del emisor base se reduce para que no pueda fluir demasiada corriente de colector.

Un impacto de esto es que ahora se ve un voltaje de señal 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 CC menos (para un transistor NPN). Después de todo, es solo un diodo con polarización directa en serie con una resistencia de emisor, es decir, esto no debería ser inesperado.

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

Otro beneficio de tener una resistencia de emisor es la mejora resultante de la impedancia de entrada base. Sin la resistencia del emisor, la impedancia de entrada es la de un diodo con polarización directa y cambiará de forma cíclica (y muy no lineal) con la señal superpuesta a la polarización. Esto inevitablemente provoca la distorsión de esa señal.

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

El capacitor de derivación es un intento de hacer que la ganancia de voltaje para las señales de CA sea mayor que la ganancia de CC establecida por Rc y Re. Agrega problemas y resuelve algunos problemas y es en gran medida una bendición mixta. La impedancia de entrada para las señales de CA prácticamente cae al valor cuando no se usa una resistencia de emisor.

La realimentación negativa consiste en que cuando aumenta la señal de salida, aumenta también la corriente que circula por el colector (y por tanto por el emisor). Si la corriente en el emisor aumenta, el voltaje a través del Re aumenta y el potencial (Ve) del emisor aumenta. Entonces, el Vbe del transistor disminuirá: Vbe = Vb - Ve. Un Vbe más bajo lleva a una ganancia más baja. Esa es la retroalimentación negativa. Si pone ese condensador a tierra, reducirá este efecto porque a la frecuencia de funcionamiento, el condensador tendrá una baja impedancia y, en paralelo con Re, reducirá toda la impedancia del emisor, reduciendo el efecto de retroalimentación.

¿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 la estabilidad de CC.

El transistor debe estar polarizado en CC. R1 y R2 establecen el voltaje base, por lo tanto, Re establece la corriente del emisor.

Este punto de polarización determina la Gm del transistor y, por lo tanto, su internal_re dinámico = 1/Gm. Si está polarizado alrededor de 24mA, entonces Gm=1A/V e internal_re=1ohm.

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

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

Omitir Re con un límite proporciona una solución: el límite reduce las señales de CA, por lo que la ganancia de CA ahora es Rc/internal_re, que es mucho mayor.

Dado que Re y el límite de derivación controlan la ganancia, de hecho puede usar cualquier red que desee aquí para dar forma a la respuesta de frecuencia del circuito, no solo un RC simple.