Conceptos Esenciales de Transistores, Amplificadores y Etapas de Potencia en Electrónica
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Fundamentos del Transistor Bipolar de Unión (BJT)
Terminales y Funciones
- Emisor (E): Este terminal está unido al cristal más impurificado del transistor. Su función es la de emitir o lanzar portadores de carga (electrones) hacia la base.
- Base (B): Este terminal está unido a un cristal muy estrecho y con muy poca impurificación. Su misión es controlar el flujo de electrones que, al atravesarla, se dirigen hacia el colector.
- Colector (C): Este terminal está unido al cristal más ancho del transistor y posee una impurificación intermedia entre los otros dos. Se encarga de recoger los portadores de carga (electrones) que provienen del emisor.
Mecanismo de Conducción y Corriente de Base
La mayoría de los electrones que atraviesan la barrera emisor-base también llegan al colector, atravesando la segunda barrera base-colector. Esto es así debido principalmente a dos causas:
- Características de la Base: La base es muy estrecha y está muy poco impurificada (tiene pocos huecos disponibles). Por lo tanto, pocos de los electrones que atraviesan la barrera base-emisor se recombinan con los huecos de la base (la mayoría atraviesan la segunda barrera en dirección al colector). Como consecuencia, la corriente que circula por la base es muy pequeña.
- Polarización del Colector: La batería $V_{CC}$ es mucho más grande que $V_{EE}$, por lo que los electrones que vienen de la base son atraídos con mucha fuerza por el terminal positivo de $V_{CC}$.
Técnicas de Amplificación en Dispositivos Auditivos
Ecualización y Compresión
La ecualización es el proceso por el que el audífono aplica diferentes ganancias en función de las componentes frecuenciales del sonido.
La amplificación con compresión consiste en comprimir o reducir de forma automática el valor de la ganancia aplicada en función de la amplitud del sonido captado por el micrófono. De esta manera, los sonidos fuertes se amplifican con menor ganancia que los suaves y los moderados.
Distorsión de Frecuencia y Ancho de Banda
Esta distorsión se debe a las capacidades de los condensadores que forman el circuito amplificador y aparece cuando la señal de entrada está formada por muchas componentes frecuenciales.
La distorsión de frecuencia provoca que la ganancia del amplificador no sea constante para todo el margen de frecuencias. El ancho de banda de un amplificador es el margen de frecuencias en las cuales la ganancia se mantiene constante.
El fabricante suele representar la respuesta en frecuencia del amplificador mediante un diagrama de Bode simplificado.
Realimentación en Amplificadores (Feedback)
El objetivo de realimentar un amplificador es reducir los fenómenos de distorsión. Consiste en tomar una parte de la señal de salida e introducirla en la entrada en oposición de fase.
La realimentación aumenta el ancho de banda a costa de reducir la ganancia.
Etapas de Potencia: Rendimiento y Clase AB
Definición de Rendimiento
Se define el rendimiento de una etapa de potencia como el cociente entre la potencia en corriente alterna suministrada al auricular ($P_{SAL}$) y la potencia en corriente continua que le suministra la fuente de alimentación al amplificador.
Características del Amplificador Clase AB
Un amplificador en clase AB tiene su punto de trabajo en corriente continua en la zona activa, pero muy cerca de la zona de corte.
Ventajas e Inconvenientes
- Ventajas: Tiene un rendimiento alto y una distorsión pequeña.
- Inconvenientes: Utiliza dos transistores en contrafase o push-pull.