Amplificatori a BJT

Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 2 | 16

Per la scelta del punto di lavoro, al fine di garantire il funzionamento il più possibile lineare, si sceglie VCEQVCC/2 e ICQ al centro delle caratteristiche (o come da specifiche da datasheet)

2CQ

BQFE

II I

h

Ipotesi per il progetto della polarizzazione

10CC

E E EQVV R I

2 10 BQI I

1 2I I

10CC

E E CQVV R I 10

CCE

CQ

VRI

CC C CQ CEQ EV R I V V CC CEQ EC

CQ

V V VR

I

2 2 2 10 CQBEQ E

FE

IV V R I R

h 2

10

BEQ E

CQ

FE

V VR I

h

1 2 2CCV R R I 1 2

10

CC

CQ

FE

VR RIh

B

C

E

IC

IE

IB

npn

VCC

RC

R2

RE

R1 I1

I2


ObiettiviPolarizzare il transistore BJT BC107 nel punto di lavoro caratterizzato da:• VCEQ=5V, • VBEQ=0.65V, • ICQ=2mASi utilizzi la tensione di alimentazione VCC=10V.

Datasheet del componente


Passi di realizzazione

1. Dal datasheet si ricavano i valori di hFE,min=110 e hFE,Max=450.

2. Per il valore di hFE si userà la media geometrica

3. Si dimensionano le resistenze in base alle relazioni precedenti

• RE=500

• RC=2k

• R1=91k

• R2=18k

4. Montare il circuito secondo lo schema (prestare attenzione alla piedinatura del BJT).

5. Verificare la polarizzazione misurando le tensioni VE, VCE e VBE.

,min , 220FE FE FE Maxh h h

Se il punto di lavoro non è ben verificato, occorreràmodificare “opportunamente” i valori delle resistenze

E

C

BB

C

E

IC

IE

IB

npn

VCC

RC

R2

RE

R1 I1

I2


Modello a parametri ibridi

All’aumentare della frequenza, il circuito a parametri ibridi non va più bene in quanto hfe ed hiedipendono fortemente dalla frequenza . Si usa allora il circuito a ‐ibrido o di Giacoletto

rb’e

rce

rbb’

rb’c

Cb’e Cb’c

g ·Vm b’e

E C

B

B’

hie

h ·re vcehfe·ib 1/hoe

ib ic

+

-

+

-

+

-

vbe vce

Semplificato

hie hfe·ib

ib ic

+

-

+

-

vbe vce

rb’e rce

rbb’rb’c

Vb’eg Vm b’e

B’B

E E

C

+

-

Medie frequenze


B

C

E

IC

IE

IB

npn

VCC

RC

R2

RE

R1 I1

I2

RL

RS

C2

C1

C3

Per l’analisi in AC alle medie frequenze, al posto del transistor si sostituisce il suo modello equivalente (semplificato). I condensatori esterni sono considerati in corto circuito!

ib

+

-

vbe hfeib

ic

+

-

vce

hie

RCR2R1 RL

RS

iin

+

-

vout

+

-

vin

Rin Rout

B C

E


Resistenza di ingresso ini ie

b

vR hi

'1 2/ / / /

i

inie

in

vR h R Ri

Resistenza di uscita (si calcola ponendo vin=0 Ib=0)

1co

c oe

vRi h

' //o C LR R R

Amplificazione di tensione/ / / /out c c L c L

V fein b ie ie

v i R R R RA hv i h h

Amplificazione di corrente' '

out out i ii v

in L in L

i v R RA Ai R v R

ib

+

-

vbe hfeib

ic

+

-

vce

hie

RCR2R1 RL

RS

iin

+

-

vout

+

-

vin

Rin Rout

B C

E

iout


Essendo G0 il guadagno dell’amplificatore alle medie frequenze. Il metodo è esatto ma complesso e poco pratico. Si utilizzano perciò metodi approssimati

metodo delle costanti di tempo

Il metodo più diretto per valutare la frequenza di taglio e quindi la banda passante di un amplificatore è partire dalla funzione di trasferimento:

o

i

v sG s

v s

e risolvere l’equazione:

2oGG s


Metodo delle costanti di tempo

1

1n

ij js

Frequenza di taglio inferiore

jsE’ la costante di tempo della j‐esima capacità del circuito di bassa frequenza, calcolata con tutte le altre capacità in corto circuito.

1

1 n

jojs

Frequenza di taglio superiore

joE’ la costante di tempo della j‐esima capacità del circuito di alta frequenza, calcolata con tutte le altre capacità in circuito aperto.

Si ha una stima per difetto della banda passante dell’amplificatore

i s,i reale ,s reale


1 10 100 1000 10000 100000

|G(j

)| (d

B)

10

13

16

19

22

25

28

31

34

37

40

is

1

n

i iis

2

1

n

i iis

21 1/

z

jjas

s

1 1z

ias is

1s


ib

+

-

vb e hfe ib

ic

+

-

vce

hie

RCR2R1 RL

RSC1

ib

+

-

vb e hfe ib

ic

+

-

vce

hie

RCR2R1 RL

RSC2

ib

+

-

vbehfeib

ic

+

-

vce

hie

RCR2R1 RL

RS

C3RE

+

-

V

I

1 1 1 2// //S ieC R R R h

2 2 L CC R R

1 23 3

// ////

1ie S

Efe

h R R RC R

h

1 2 3

1 1 1 12if

Calcolo delle costanti di tempo per ogni capacità del circuito di bassa frequenza, considerando tutte le altre in corto circuito.


' / / / /

1 / / / /b c ce C L

dxm ce C L

r r R RVRI g r R R

4 ' / /b e dx sxC R R

5 ' ' ,2/ /b c b c eqC r R

4 5

12sf

Calcolo delle costanti di tempo per ogni capacità del circuito di alta frequenza, considerando tutte le altre in circuito aperto. rb’e rce

rbb’

rb’c

Cb’e

Cb’c

g Vm b’e

B’

RCR2R1 RL

RS

rce

rb’c

g VmRC RL

+

-

V

I

Rdx

' ' 1 2/ / / / / /sx b e bb SR r r R R R

rb’e rce

rbb’

rb’c

Cb’c

g Vm b’e

B’

RCR2R1 RL

RS

Rsx

+

g Vm b’e

B’

rce //RL//RC

-V

I

E

,2 / / / / 1eq sx ce C L m sxVR R r R R g RI

/ / / /sx ce C L m sxV R I r R R I g R I


ObiettiviRealizzare un amplificatore in configurazione ad emettitore comune, conun transistore BC107, che abbia come amplificazione di tensione unvalore AV‐8 ed una frequenza di taglio inferiore il più piccolo possibile.Determinare la banda passante e verificarla sperimentalmente.Per la polarizzazione utilizzare i dati dell’esperienza precedente, ovvero:• VCEQ=5V,• VBEQ=0.65V,• ICQ=2mA,• VCC=10V.Per il transistore si consideri hfe=250 e hie=4k.Per il modello di Giacoletto, si consideri Cb‘e= 12pF e Cb‘c = 5pF.

B

C

E

IC

IE

IB

npn

VCC

RC

R2

RE

R1 I1

I2

RL

RS

C2

C1

C3

Passi di realizzazione1. Per la resistenza di carico RL, sfruttare la relazione2. Per la scelta dei condensatori:

• C3=470F (elettrolitico) 1=2182.2 s• C2=680nF 2=1448.4 s• C3=680nF 3=1448.4 s• fi202Hz

3. Dal calcolo delle costanti di tempo superiori• 4=10.08 s• 5=44.26 s• fs3MHz

V CL

feC V

ie

A RR hR A

h

Verificare il funzionamento e la banda dell’amplificatore.Osservare cosa succede all’aumentare della ampiezza delsegnale di ingresso


E’ un amplificatore in grado di fornire in uscita due segnali con medesima ampiezza ma in opposizione di fase.

B

C

E

IC

IE

IB

npn

VCC

RC

R2

RE

R1 I1

I2

RS C1

Vo1

Vo2

VS Vin

Per assicurare che le due uscite abbiano medesima ampiezza, tenendo conto che la configurazione C.C. ha guadagno circa unitario, occorrerà scegliere:

C ER R

Guadagno associato all’uscita Vo1:

Guadagno associato all’uscita Vo2:

1C

V fei

RA hR

1i ie fe ER h h R

2 1 ieV

i

hAR

1i ie fe CR h h R


ObiettiviRealizzare un amplificatore phase splitter, con un transistore BC107.Per la polarizzazione, fissare:• VCEQ=5V• VBEQ=0.65V• ICQ=2mA• VCC=10VGarantire inoltre che sia:• VCQ=3/4VCC=7.5V• VEQ=1/4VCC=2.5VPer il transistore si consideri hfe=220 e hie=4k.

Passi di realizzazione1. Per le resistenze RE=RC=R, sfruttare la relazione2. Per la resistenza di polarizzazione R2, imporre che sia 1/10 della

resistenza vista dalla base del BJT:

3. Per la resistenza R1, trascurando la corrente sulla base, sfruttare la relazione:

2CC CEQ

CQ

V VR

I

Verificare i segnali presenti sulle due uscite.Osservare cosa succede all’aumentare della ampiezza delsegnale di ingresso

B

C

E

IC

IE

IB

npn

VCC

RC

R2

RE

R1 I1

I2

RSC1

Vo1

Vo2

VS Vin

21 1 1

10 10

10

BEQBASE FE E

BQ

FE E

VR R h R

I

h R

1

2

1 2 2R CC BEQ EQ

R BEQ EQ

V V V VR R R

V V V

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