DISEÑO DE UNA ETAPA AMPLIFICADORA

Etapa amplificadora transistorizada

Se trata de calcular los valores de los componentes que forman una etapa amplificadora de baja frecuencia (B.F.), alrededor de un transistor. Se emplea un transistor SC 107 en circuito de emisor común, estando polarizada su base mediante un divisor de tensión y componiendo una resistencia y un condensador en el emisor la estabilización térmica del transistor. La tensión de alimentación es de 9 V.

Se desea obtener una amplificación de tensión de valor 3.

DATOS DEL TRANSISTOR SC 107

• Máxima intensidad de colector, I_{C max} = 100 mA.
• Potencia máxima (temperatura ambiente = 25°C), P_max = 250 mW.
• Ganancia estática de corriente, h_FE = 150.

La intensidad de colector que se elige para el punto de reposo del transistor es de 20 mA.

En la siguiente figura se muestra el esquema del circuito que se trata de diseñar.

Circuito de una etapa amplificadora

a) Cálculo de la estabilización térmica.

Se colocará una resistencia en el emisor del transistor, R_e , cuyo valor permita obtener una tensión en el emisor de unos 2 V, valor muy empleado en la estabilización. La figura siguiente muestra el circuito para el cálculo de R_e.

Cálculo estabilización térmica del transistor

R_e = V_e / I_e = 2 / 0,020 = 100 ohmios.

La resistencia de emisor de valor normalizado será 100 ohmios / 0,25 W.

b) Cálculo del condensador de desacoplo C₂.

La X_c del condensador de desacoplo de la corriente alterna (c.a.) de la resistencia del emisor, debe cumplir,

X_c = R_e / 10 

X_c se calcula para la frecuencia mínima de las señales que se trata de amplificar. En caso de baja frecuencia (B.F.) se supone que f_min = 1.000 Hz.

1 / 2 x f_min x R_e = R_e / 10

10 / 2 x f_min x R_e = C₂

C₂ = 1,59 / f_min x R_e = 1,59 / 1.000 x 100 = 0,0000159 F

C₂ = 15,9 mF.

Tomaremos normalizado:

                                                                C₂ = 25 mF / 10 V.

c) Cálculo de la resistencia de carga R_C.

La fórmula simplificada, que permite calcular la amplificación de tensión A_v , de forma rápida y sencilla, para el caso de que R_C y R_e sean valores normales, es:

A_v = R_c / R_e

R_c = - A_v x R_e

En nuestro caso:

R_c = - 3 x 100 = 300 Ω

La potencia disipada en R_C será:

P_c = R_c x I_c²    

P_c = 300 x 0,02² = 0,12 W

Tomaremos R_C, normalizada:

R_c = 270 Ω/0,5W

d) Cálculo del divisor de tensión que polariza la base.

Se trata de calcular los valores de R₁ y R₂ de la figura siguiente.

Cálculo del divisor de tensión que polariza la base

Se calcula un divisor de tensión R₁ / R₂, que absorba una intensidad unas 10 veces mayor que la de la base, para minimizar la influencia de I_B

I_B = I_C / h_FE = 20 / 150 = 0,13 mA

Según la figura anterior, R₂ está sometida a una tensión total de: 0,6 + 2 = 2,6 V y estará atravesada por una corriente que será igual a 0,13 x 10 = 1,3 mA; por tanto aplicando la ley de Ohm,

R₂ =.2,6 / 1,3 = 2 K (normalizada 2K2).

R₁ estará atravesada por una corriente de 1,3 + 0,13 = 1,43 mA

R₁ = 9 - 2,6 / 1,43 = 4,7 K (normalizada 4K7).

Por último, en la siguiente figura se muestra el circuito con los valores definitivos de sus componentes.

Etapa amplificadora con transistor

e) Comprobación de la potencia consumida por el transistor.

En la figura siguiente se ha dibujado la curva de máxima potencia del transistor, que según el fabricante correspondía a 250 mW, así como también la recta de carga correspondiente a la resistencia de 270 ohmios, pudiéndose comprobar que dicha recta está bastante alejada de la curva de máxima potencia, por lo que el transistor está funcionando de forma muy desahogada y sin peligros.

Los valores de V_CE y de I_C que se han utilizado para obtener los puntos que conforman la curva de potencia máxima 250 mW son los siguientes:

Valores de tensión e intensidad del transistor

Curva de máxima potencia del transistor de 250mW

Escrito por Archie Tecnology

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