Amplificadores Clase A
Como funciona un amplificador con transistor en configuración de emisor común y como se calcula.
Configuración de Amplificador con Transistor en emisor común
En este tipo de amplificador la operación es continua, el transistor conduce
durante todo el tiempo, la corriente de colector nunca se anula. Debido a la
operación continua, la distorsión armónica total (THD) es generalmente baja,
proporcionando una señal clara y limpia.
La eficiencia de este tipo de amplificador es relativamente baja, ya que el
transistor disipa una cantidad considerable de potencia incluso cuando no
hay señal de entrada, lo que puede variar con la temperatura, afectando el
rendimiento del amplificador. Puede amplificar señales en un amplio rango de
frecuencias, por lo que posee un amplio ancho de banda. Una de las
características llamativas de esta configuración de amplificador es la
inversión de fase; la señal de salida está en fase de 180 grados con
respecto a la señal de entrada y su diseño sencillo facilita su
implementación.
Ventajas:
Baja distorsión: Ideal para aplicaciones donde la calidad del sonido es
primordial, como en equipos de audio de alta fidelidad.
Amplia respuesta en frecuencia: Adecuado para amplificar una amplia gama de
señales.
Desventajas:
Baja eficiencia: Disipa mucha potencia en forma de calor, lo que requiere
disipadores térmicos y puede limitar su uso en aplicaciones de alta
potencia.
Costo: Puede ser más costoso que otros tipos de amplificadores debido a la
necesidad de componentes de mayor potencia y disipadores térmicos.
Aplicaciones Típicas:
Etapas de preamplificación: En equipos de audio de alta fidelidad, donde se
requiere una baja distorsión y una amplia respuesta en frecuencia.
Amplificadores de baja potencia: En aplicaciones donde la potencia de salida
requerida es baja, como en circuitos integrados.
La elección del punto de operación del transistor es crucial para determinar
la ganancia, la linealidad y la potencia de salida del amplificador. La
selección de la cantidad y configuración de componentes, como resistencias,
condensadores y el propio transistor, es fundamental para garantizar el
correcto funcionamiento del circuito. Se considera un circuito de
amplificación cuando Vce = Vcc / 2; el voltaje sin entrada de señal,
correspondiente al circuito equivalente al sistema en corriente continua.
Es necesario considerar la disipación de potencia del transistor y diseñar
un sistema de enfriamiento adecuado para evitar daños por
sobrecalentamiento. los amplificadores clase A con transistor de
emisor común son una opción excelente cuando se requiere una alta calidad de
audio y una amplia respuesta en frecuencia.
Si tomamos la sumatoria de los voltajes de la malla I se tiene:
Vcc - VRb -Vbe = 0
Vcc - Ib x Rb - Vbe = 0
Ib = ( Vcc -Vbe ) / Rb
se puede calcular la corriente de base en buscando los valores de
DataChip Vbe y Hef, para luego calcular la corriente ce colector
Si tomamos la sumatoria de los voltajes de la malla II se tiene:
Vcc - VRc - Vce = 0
Vcc - Ic x Rc - Vce = 0
Ic = Hef x Ib valores de DataChip Hef = Beta del Transistor.
Vcc - Hef x Ib x Rc - Vce = 0
Vce = Vcc - Hef x Ib x Rc
Podemos calcular el valor del voltaje de Colector a emisor
El valor de Vce, junto con la corriente de colector (Ic), define el punto de operación del transistor en la curva característica.
Este punto determina la región de operación (activa, saturación o corte) y la
ganancia del amplificador.
Un punto de operación adecuado garantiza que el transistor trabaje de manera
estable y lineal, minimizando la distorsión de la señal. El valor máximo y
mínimo de Vce determina la amplitud máxima de la señal de salida que el
amplificador puede entregar sin saturación o corte.
Si la señal de entrada excede los límites permitidos de Vce, se producirá distorsión en la señal de salida.
El producto de Vce x Ic representa la potencia disipada por el transistor. Un valor elevado
de Vce puede generar una gran cantidad de calor, lo que requiere disipadores
térmicos adecuados para evitar daños en el componente.
La eficiencia del amplificador está directamente relacionada con la
disipación de potencia. Un Vce bajo puede mejorar la eficiencia, pero puede limitar la amplitud de
la señal de salida.
El valor de Vce influye en la selección de los componentes pasivos del circuito, como
las resistencias y el condensador de acoplamiento, un diseño adecuado del
circuito debe garantizar que Vce no exceda los valores máximos permitidos por el transistor, para
evitar su destrucción. Conocer el voltaje colector-emisor en un amplificador
clase A nos permite ajustando el punto de operación obtener la máxima
ganancia y mínima distorsión.
Protegiendo el transistor de sobrecargas y sobrecalentamiento, seleccionando
los componentes adecuados y optimizando la disipación de potencia.
Entendiendo cómo la señal de entrada afecta al voltaje Vce y a la salida del amplificador el voltaje Vce es una variable clave en el diseño y análisis de amplificadores clase
A, ya que proporciona información esencial sobre su funcionamiento y
rendimiento.
Para utilizar el calculador
- Buscar en DataSheet los valores Vbe y hef para el modelo de su transistor NPN
- asuma valores de resistencias Rb y Rc hasta encontrar un Vce positivo
Si da un valor negativo o superior a la fuente debe probar con otros valores
Rc y Rb
recuerde que Rc es el valor de la Resistencia del parlante
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