El amplificador en emisor común: poco entra, mucho sale invertido
Haz crecer el resistor de colector para crear ganancia
La curva tenue es la pequeña entrada vin y la gruesa es la salida vout. Haz crecer el resistor de colector Rc y la salida se hace cada vez mayor. Y la salida está invertida: baja cuando la entrada sube.
Bambolea la base y la corriente de colector se bambolea
Acopla la señal de entrada por un capacitor a la base, y un pequeño vbe se suma sobre el punto de operación. Como se vio en C3, este pequeño voltaje hace una corriente de señal ic = gm vbe. El transistor ha convertido el bamboleo del voltaje de entrada en un bamboleo proporcional de corriente. Nota que esto sigue siendo corriente, todavía no voltaje.
Esa corriente se vuelve voltaje en Rc, y se invierte
Esta corriente de señal fluye por el resistor de colector Rc. Por la ley de Ohm el voltaje sobre Rc se bambolea en ic Rc. La salida se toma en el colector, cuyo voltaje es Vcc menos Ic Rc. Así, cuando la corriente de señal sube, el voltaje de colector baja. La salida baja cuando la entrada sube: la salida es una copia invertida de la entrada. vout = -ic Rc.
La ganancia de voltaje Av = -gm Rc
Sustituir ic = gm vbe en vout = -ic Rc da la ganancia de voltaje Av = vout/vin = -gm Rc. Como gm lo fija la corriente de operación elegida en C2 y Rc lo elige el diseñador, estos dos fijan la ganancia. El signo menos significa una inversión de 180 grados. Pero subir la ganancia no hace que la salida crezca sin límite. La oscilación de salida está limitada por el margen de C2, así que si gm Rc es demasiado grande los picos chocan con la fuente y se recortan. Ganancia y oscilación se compensan.
De vuelta a la primera pantalla
Cuanto más crecía el resistor de colector, mayor era la salida, y cada vez que la entrada subía la salida bajaba, trazando una forma invertida. El secreto tiene dos pasos: el pequeño voltaje de entrada se vuelve primero una corriente de señal gm vbe por el transistor, y esa corriente, al fluir por el resistor de colector Rc, se vuelve un voltaje ic Rc que baja el voltaje de colector. Su producto, -gm Rc, es la ganancia de voltaje. Pero si fuerzas demasiado, los picos chocan con la fuente y se recortan, así que la ganancia siempre se decide de la mano con el margen de oscilación de C2. El modelo de pequeña señal por fin se ha completado en la aritmética de la amplificación.
Lo que sigue
Ahora tienes una sola ganancia de voltaje. Pero un amplificador nunca está solo: una fuente lo alimenta delante y una carga lo recibe detrás. La siguiente unidad mira cómo aparece el amplificador ante la fuente y la carga, es decir, sus impedancias de entrada y salida, y cómo estas recortan o fijan la ganancia real.