El modelo de pequeña señal: de cerca, hasta una curva es una recta
Reduce la señal hasta hallar una copia limpia
La curva tenue es la entrada vbe y la gruesa es la salida ic. Cuando la señal es grande, la salida está distorsionada, con picos agudos y valles planos. Reduce la amplitud. Por debajo de cierto tamaño la salida se vuelve la misma senoide limpia que la entrada.
Amplía en el punto de operación y la curva es una recta
La corriente de colector se curva hacia arriba exponencialmente con el voltaje base-emisor. Es una curva, pero toma solo un tramo muy estrecho en torno al punto de operación y amplía: cualquier curva suave parece su tangente, una recta. Una señal pequeña es justamente un bamboleo que se queda dentro de ese tramo estrecho. Dentro, entrada y salida están en relación de recta, es decir, lineal.
La pendiente de la tangente, gm = Ic/VT
La pendiente de esa tangente es la transconductancia gm. Como la derivada de una exponencial es proporcional a sí misma, la pendiente es la corriente de colector del punto de operación sobre el voltaje térmico: gm = Ic/VT. Así, cuanto mayor sea la corriente de polarización elegida en C2, más empinada la tangente y mayor gm, y la misma entrada pequeña da una corriente de salida mayor. El punto de operación es, de hecho, la perilla de la ganancia.
El equivalente de pequeña señal
Ahora el transistor puede redibujarse como una sola caja lineal. El lado de entrada parece una resistencia de entrada rπ = β/gm, el voltaje de base sobre la corriente de base; el lado de salida es una fuente de corriente ic = gm vbe = β ib. Las fuentes de CC invariables no oscilan para la señal, así que para CA se ponen a tierra. Este circuito equivalente es la herramienta para calcular ganancia en las próximas unidades, y solo vale mientras la señal se queda dentro del tramo estrecho.
De vuelta a la primera pantalla
Cuando la señal era grande, la salida era una onda distorsionada con picos agudos y valles planos, reflejo directo de la curvatura de la exponencial. Al reducir la amplitud muy por debajo del voltaje térmico, la curva parecía recta dentro de ese tramo estrecho y la salida se volvió una senoide limpia parecida a la entrada. La pendiente de esa recta es gm, y con ella el transistor se vuelve una caja lineal con solo una resistencia de entrada rπ y una fuente de corriente gm vbe. La gran CC es el pedestal que sostiene el sitio; solo el pequeño bamboleo encima es la señal que ahora calcularemos.
Lo que sigue
Ya sabes cómo convertir el transistor en una caja lineal. La siguiente unidad mete esta caja en un circuito real: el amplificador en emisor común. Cuando la señal de entrada bambolea la base, la fuente de corriente impulsa corriente por el resistor de colector para hacer un gran voltaje de salida. Con el modelo de pequeña señal calcularás esa ganancia de voltaje directamente por primera vez.