Amplificador BJT en Emisor Común con Polarización por Divisor de Tensión

Introducción

En la práctica anterior se construyó un oscilador Colpitts de baja frecuencia, capaz de generar una señal senoidal estable. En esta ocasión, dicha señal será utilizada como entrada de un amplificador en emisor común, uno de los circuitos más importantes de la electrónica analógica.

El objetivo de esta práctica es comprender cómo un transistor bipolar (BJT) puede amplificar una señal de pequeña amplitud cuando se encuentra correctamente polarizado en su región activa. Para ello se emplea un transistor 2N2222, una fuente de alimentación de 12 V, una red de polarización mediante divisor de tensión y condensadores de acoplamiento que permiten transferir únicamente la componente alterna de la señal.

Este tipo de amplificador constituye la base de numerosos equipos electrónicos, como preamplificadores de audio, etapas intermedias de amplificación, sistemas de instrumentación y equipos de comunicaciones.

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1. Descripción general del circuito

El circuito mostrado en la simulación de Proteus está formado por cuatro bloques principales:

• Fuente de alimentación de 12 V.
• Red de polarización del transistor.
• Etapa amplificadora en emisor común.
• Acoplamiento de entrada y salida mediante condensadores.

Los componentes utilizados son:

Componente	Valor
Transistor	2N2222
VCC	12 V
R1	1.5 kΩ
R2	330 Ω
R3	470 kΩ
R4	470 kΩ
R5	10 kΩ
C1	100 nF
C2	100 nF
C3	10 μF
RV1	10 kΩ
RV2	10 kΩ

La señal proveniente del oscilador Colpitts ingresa al circuito a través del condensador C1, mientras que la señal amplificada se obtiene mediante el condensador C2.

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2. Polarización del transistor

Para que un transistor pueda amplificar correctamente una señal debe trabajar dentro de su región activa.

La polarización de la base se realiza mediante el divisor resistivo formado por R3 y R4.

Como ambas resistencias poseen el mismo valor (470 kΩ), el voltaje de base puede aproximarse mediante:

$$V_B=\frac{R_4}{R_3+R_4}V_{CC}$$

Sustituyendo los valores:

$$V_B=\frac{470k\Omega}{470k\Omega+470k\Omega}(12V)$$

Por lo tanto,

$$V_B\approx6V$$

El voltaje del emisor será aproximadamente:

$$V_E=V_B-0.7V$$ $$V_E\approx5.3V$$

La corriente del emisor puede estimarse mediante:

$$I_E=\frac{V_E}{R_2}$$ $$I_E=\frac{5.3V}{330\Omega}$$ $$I_E\approx16mA$$

Estos cálculos representan una aproximación teórica. En la práctica, el punto de operación puede variar ligeramente debido a las características propias del transistor y a las tolerancias de los componentes.

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3. Función de cada componente

Cada elemento del circuito cumple una función específica:

• R3 y R4: establecen el punto de polarización de la base.
• R2: estabiliza la corriente del transistor y mejora la estabilidad térmica.
• R1: actúa como resistencia de carga del colector, convirtiendo las variaciones de corriente en variaciones de tensión.
• C1: acopla la señal de entrada, bloqueando la componente continua.
• C2: entrega únicamente la señal alterna hacia la salida.
• C3: desacopla la resistencia de emisor para incrementar la ganancia en corriente alterna.
• RV1 y RV2: permiten ajustar la amplitud de la señal de entrada durante la simulación.

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4. Principio de funcionamiento

Cuando la señal senoidal proveniente del oscilador Colpitts llega a la base del transistor, provoca pequeñas variaciones en la corriente de base.

Gracias a la ganancia del transistor, estas variaciones producen cambios mucho mayores en la corriente del colector.

La resistencia R1 transforma dichas variaciones de corriente en una señal de tensión de mayor amplitud.

Como consecuencia de la configuración en emisor común, la señal de salida aparece invertida aproximadamente 180° respecto a la señal aplicada en la entrada.

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5. Análisis de la simulación

La simulación permite observar simultáneamente la señal de entrada y la señal obtenida en el colector del transistor.

En la gráfica se aprecia que:

• La señal azul corresponde a la entrada del amplificador.
• La señal roja representa la salida obtenida en el colector.
• La salida posee una amplitud considerablemente mayor que la señal aplicada.
• Existe una inversión de fase cercana a 180°, característica propia de la configuración en emisor común.

Estas observaciones confirman el correcto funcionamiento del circuito como amplificador de pequeña señal.

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6. Ganancia aproximada de tensión

En un amplificador con el condensador de bypass C3, la ganancia de tensión puede estimarse mediante:

$$A_v\approx-\frac{R_C}{r_e}$$

donde:

• $R_C$ corresponde a la resistencia del colector.
• $r_e$ representa la resistencia dinámica interna del transistor.

El signo negativo indica que la salida está invertida respecto a la entrada.

Aunque esta expresión es una aproximación, permite comprender por qué una pequeña señal aplicada a la base produce una señal de mayor amplitud en el colector.

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7. Aplicaciones

Los amplificadores en emisor común son ampliamente utilizados en:

• Preamplificadores de audio.
• Equipos de radiocomunicación.
• Instrumentación electrónica.
• Acondicionamiento de señales provenientes de sensores.
• Sistemas de adquisición de datos.
• Equipos de medición electrónica.

Debido a su simplicidad y estabilidad, esta configuración continúa siendo una de las más empleadas tanto en aplicaciones educativas como profesionales.

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Conclusión

El amplificador en emisor común constituye una de las configuraciones fundamentales para comprender el funcionamiento de los transistores bipolares como dispositivos amplificadores.

En esta práctica se verificó que una correcta polarización mediante divisor de tensión permite establecer un punto de operación estable, indispensable para que el transistor trabaje en su región activa. Asimismo, la simulación evidenció que una señal senoidal de pequeña amplitud, generada previamente por el oscilador Colpitts, puede amplificarse significativamente, obteniendo una señal de mayor amplitud e invertida en fase.