Ganancia e impedancia: un amplificador siente a sus vecinos
Cambia la carga y observa cómo se recorta la ganancia
Los picos punteados son la salida ideal sin carga, y la curva gruesa es la salida real vout. Reduce el resistor de carga RL para cargarlo pesado. La salida real se encoge dentro de la envolvente punteada. Agranda la carga y vuelve hacia lo ideal.
Impedancia de entrada, lo que ve la fuente
Desde el punto de vista de la fuente que da la señal, al mirar hacia el amplificador ves una sola resistencia. En el emisor común esta impedancia de entrada es la resistencia de entrada de pequeña señal rπ en paralelo con los resistores de polarización. La fuente siempre tiene su propia resistencia interna Rs, que forma un divisor con la impedancia de entrada. Si la impedancia de entrada es pequeña, solo parte del voltaje de la fuente llega a la base y se pierde señal desde el inicio.
Impedancia de salida, lo que ve la carga
A la inversa, mirando hacia el amplificador desde la salida, el colector, la carga ve otra resistencia más. La salida del transistor es idealmente una fuente de corriente de resistencia infinita, así que la impedancia de salida que ve la carga es en efecto el resistor de colector Rc. Por eso, al conectar un resistor de carga RL, este queda junto a Rc, es decir, en paralelo. Cuanto menor la impedancia de salida, menos se recorta el voltaje para la misma carga.
La carga recorta la ganancia
Como la carga RL está en paralelo con el resistor de colector Rc, la resistencia efectiva que ve la corriente de señal es Rc || RL. Así, la ganancia de voltaje real es Av = -gm (Rc || RL), siempre menor que el -gm Rc sin carga. Cuanto más pesada la carga, es decir, menor RL, menor el valor en paralelo y más se recorta la ganancia. Para encadenar varias etapas y lograr una gran ganancia, la impedancia de salida de una etapa debe ser bastante menor que la de entrada de la siguiente para no perder señal. Por eso, al diseñar un amplificador, la impedancia importa tanto como la ganancia.
De vuelta a la primera pantalla
Cuanto más pesado lo cargabas, más se encogía la salida real dentro de la envolvente punteada, y al aligerar la carga volvía hacia las líneas punteadas. Esa envolvente es la ganancia ideal sin carga -gm Rc, y la salida real era siempre la menor -gm (Rc || RL). Lo que fijó el recorte fue la resistencia que la carga veía en el colector, el paralelo de la impedancia de salida Rc con la carga RL. Igualmente en la entrada, la impedancia de entrada y la resistencia de la fuente forman un divisor que reparte la señal. Un amplificador nunca vive solo, y su ganancia se decide siempre junto con las impedancias vecinas. Esto completa una vuelta entera al amplificador BJT.
Lo que sigue
El BJT gobernó una gran corriente con una pequeña. El siguiente grupo conoce otro transistor, el MOSFET, que abre y cierra su canal no con corriente sino con voltaje, el campo eléctrico aplicado solo a una compuerta. Partiendo de que casi ninguna corriente entra a la compuerta, dando una impedancia de entrada muy grande, su primera unidad mira la estructura y el voltaje de umbral.