Ganancia e impedancia: un amplificador siente a sus vecinos
Cambia la carga y mira cómo se recorta la ganancia
Los picos discontinuos son la salida ideal sin carga, y la curva gruesa es la salida real. Si bajas la resistencia de carga para hacerla más pesada, la salida real se encoge dentro de la línea discontinua; si la subes, vuelve a acercarse a la ideal. Compara con el control deslizante cuánto cambia la salida entre una carga ligera y una pesada.
Impedancia de entrada, lo que ve la fuente
Mirado desde el lado de la fuente que da la señal, el amplificador aparece como una sola resistencia. En una etapa en emisor común, esta impedancia de entrada es la resistencia de entrada de pequeña señal rπ en paralelo con las resistencias de polarización. La fuente siempre tiene su propia resistencia interna Rs, que forma un divisor con la impedancia de entrada, así que si la impedancia de entrada es pequeña, solo parte de la tensión de la fuente llega a la base y se pierde señal desde el principio.
Impedancia de salida, lo que ve la carga
Al revés, mirando el amplificador desde la salida, desde el colector, la carga ve otra resistencia. La salida del transistor es idealmente una fuente de corriente de resistencia interna infinita, así que la impedancia de salida que ve la carga es en la práctica la resistencia de colector Rc. Por eso, al conectar una resistencia de carga RL, queda junto a Rc, es decir, en paralelo. Cuanto menor sea la impedancia de salida, menos se recorta la tensión con la misma carga.
La carga recorta la ganancia
Como la carga RL queda en paralelo con la resistencia de colector Rc, la resistencia efectiva que ve la corriente de señal es Rc || RL. Por eso la ganancia de tensión real es Av = -gm (Rc || RL), siempre menor que la de sin carga, -gm Rc. Cuanto más pesada la carga, es decir, cuanto menor RL, menor es el paralelo y más se recorta la ganancia. Para lograr una gran ganancia encadenando etapas, la impedancia de salida de cada etapa debe ser bastante menor que la impedancia de entrada de la siguiente para no perder señal, y por eso al diseñar amplificadores se cuida la impedancia tanto como la ganancia.
De vuelta a la primera pantalla
Cuanto más pesada la carga, más se encogía la salida real dentro de la línea discontinua, y al aligerarla volvía a acercarse a ella. Esa línea discontinua es la ganancia ideal sin carga, -gm Rc, y la salida real siempre era la menor -gm (Rc || RL). Lo que decidía el recorte era el paralelo entre la impedancia de salida Rc y la carga RL. Del mismo modo, en la entrada, la impedancia de entrada y la resistencia de la fuente forman un divisor que reparte la señal. Un amplificador nunca está solo, y su ganancia siempre se decide junto con las impedancias vecinas; con esto, el amplificador BJT ha dado la vuelta completa.
Lo que sigue
El BJT gobernaba una corriente grande con una pequeña. En el siguiente bloque conoces otro transistor, el MOSFET, que abre y cierra su canal no con corriente sino con tensión, es decir, solo con el campo eléctrico aplicado en la puerta. Su primera unidad estudia su estructura y su tensión umbral, empezando por el hecho de que casi no entra corriente por la puerta, lo que hace muy alta su impedancia de entrada.