1 ˆ ˆ P V I 2

Goal:
Study of a class A amplifier with biasing current which flows through the load
Components to be used:
A BJT BC142, resistors RB =10 K
RC =RE =100
Trimmer T
Setup:
Consider the circuit shown in the figure in which VCC is
equal to 15 V and Icmax = 20 mA. Please note that:
• The voltage on the series RC+TC+RE can vary from VCESAT
.0V to VCC .
• The collector current can vary from 0 to Icmax (20mA).
K
and TC
VCC
RB
RC
IC
IB
TB
TC
The 2 trimmers fix the polarization of the device and must
be set so that to guarantee, during operation, the condition
of maximum
useful power on the load (RC + TC).
The following considerations can be made:
The maximum load power corresponds to maximum
excursion of voltage and current:
K
VC
+
VCE
BJT
VE
-IE≈IC
RE
1ˆ ˆ
V I
2
PL
The maximum excursions can be obtained if the operating point is where VCEQ VCC /2 and
ICQ=Icmax/2 (in this case the static load line coincides with the dynamic load line).
IC
-1/(RC+TC+RE)
IC
ICmax
ICmax
IBQ
ICQ
VCC/2
t
ICQ
VCC
VCE
Î
t
V̂
In this context, you choose to find the biasing conditions:
changing the base current IBQ (using the trimmer TB) and changing, by the resistance on the
collector, the VCEQ (using the trimmer TC).
In order to display the adjustment obtained with the two trimmers consider the simplifying
assumption VCE VC (we neglect the voltage drop on RE compared VCE) and perform the
following steps:
1. Connect the channel-1 probe and the channel-2 probe respectively to the collector and
emitter of the BJT (the voltage of RE depends on IC). Select the XY mode (with DC coupling), to
display the working point. Since, the signal on the Y axis is proportional to IC and the signal on
the X axis represents VC VCE.
2. Adjust TB (IBQ ) so that ICQ=Icmax/2.
3. Adjust TC until VC VCEQ is equal to VCC/2.
4. If necessary, readjust TB.
Oscilloscope Display
Mode Y-T
1, 2
CH1=5.0V/
CH2=1.0V/
Mode X-Y
VE=REIC
REICmax
REICmax/2
3
2
VCC/2
CH1=5.0V/
VCC
VCVCEQ
CH2=1.0V/
To evaluate the obtained biasing, by a capacitor of 680 nF apply a sinusoidal signal at the base
(with frequency 1 kHz) and increase its amplitude, until the load line reaches the chosen limits
(Icmax and VCC). Verified the load line conditions, return to normal mode.
Quantities to be calculated and Measures to be done:
1. Before assembling the circuit, measure the real value of RE.
2. Fix the position of working point how it is described in the setup and display the waveforms of
voltage.
3. Using the oscilloscope with AC coupling, measure the maximum voltage values of the
sinusoidal signals at the collector and emitter.
4. Compute the power transferred to the load (series trimmer RC).
5. Estimate the power supplied to the amplifier.
6. Evaluate the efficiency of the power amplifier.
Do not disassemble the circuit and pass the following experiment.
Goal:
Study of a class A amplifier with biasing current which does not flow through the load.
Setup:
To the previous circuit connect to the BJT collector a load RL = 1K
by a capacitor from 22 F
(negative terminal connected to the RL , the positive terminal connected to the circuit).
VCC
RB
RC
IC
IB
TB
TC
VC
BJT
VE
-IE≈IC
RL
RE
Considerations:
Justify the slope change of the load line.
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Goal:
Study of a Class B amplifier with complementary symmetry
Components to be used:
BJT1 BC142(npn) and BJT2 BC143 (pnp). Resistor RL to be
defined.
+VCC
BJT1
Setup:
Consider the circuit shown in the figure where VCC=10V and
assume Icmax=10 mA. In this type of amplifier if the signal is
absent the current signal ICQ is null.
Injecting at the input a sinusoidal signal:
• for Vin> V the BJT1 is in conduction
• for vin <V the BJT2 is in conduction
RL
BJT2
-VCC
Quantities to be calculated and Measures to be done:
Find the value of RL which is necessary to ensure the maximum output power.
Before mounting the circuit, measure the real value of RL.
Apply a sinusoidal signal at the input and increase its amplitude as far as it is possible (the
output waveform must be a sinusoidal waveform).
By the oscilloscope measure the output voltage and evaluate the effective power which is
transferred to the load.
Check for the presence of the crossover phenomenon.
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Goal:
Study and synthesis of the class AB amplifier.
Components to be used:
BJT1 BC142(npn) and BJT2 BC143 (pnp). Two diodes 1N4001. Two capacitors C1=1 F and C2
to be defined. Resistors RL and R1 to be defined.
+VCC
Setup:
Take Icmax = 10mA, VCC = 20 V. Use the datasheet to
deduce V and VBEon.
R1
- C1 +
IC
+ C2 Quantities to be calculated and Measures to be
done:
Choose the RL value which ensures the maximum
output power.
RL
Choose the R1 value which ensure a current through
R1
R1 equal to one tenth of the average value of IC, in
conditions of maximum output power.
The capacitor C2 must ensure an excursion of output
voltage less than or equal to (Vcc/2)/20.
Before mounting the circuit, measure the real value of RL At the input is applied a sinusoidal
signal and using the oscilloscope display the output waveform, in particular:
1. Check the reduction of the crossover phenomenon
2. Apply a sinusoidal signal at the input and increase its amplitude as far as it is possible (the
output waveform must be a sinusoidal waveform). By the oscilloscope measure the output
voltage and evaluate the effective power which is transferred to the load.
3. Verify the variations of voltage on C2.
Obiettivo:
Studio dell’amplificatore in classe B a simmetria complementare
Componenti da utilizzare:
BJT1 BC107(npn) e BJT2 BC177 (pnp). Resistore RL da definire.
Setup:
Si consideri il circuito mostrato in figura in cui VCC=10V si assume
ICmax=1 mA. In tale tipo di amplificatore in assenza di segnale la
corrente ICQ è nulla. BJT complementari e alimentazione bilanciata, per
cui la tensione sull’emettitore è nulla.
Iniettando un segnale sinusoidale in ingresso:
per vin > V il BJT 1è in conduzione
per vin < V il BJT 2è in conduzione
+VCC
BJT1
RL
BJT2
-VCC
Si possono riportare le caratteristiche del BJT1 su gli assi relativi (IC1,
VCE1) e le caratteristiche del BJT2 sul piano
IC1
IC2 e VCE1:
IC1max
VCE1=VCE2+2VCC
(VCE2 <0)
IB1
Osservando la figura, si deduce che per
massimizzare l’escursione del segnale sul
carico tra –VCC a + VCC si deve scegliere:
VCC
RL
10 K
IC max
Q
2VCC
VCC
VCE1
IB2
Q
IC2max
IC2
Applicare un segnale sinusoidale in ingresso aumentarne l’ampiezza quanto possibile (la forma d’onda
d’uscita non deve essere tagliata)
Misure da effettuare:
Prima di montare il circuito misurare il valore reale di RL
Tramite oscilloscopio effettuare la misura della tensione d’uscita e valutare l’effettiva potenza ceduta al
carico.
Verificare l’eventuale presenza del fenomeno di “crossover”.
Obiettivo:
Studio dell’amplificatore in classe AB.
Componenti da utilizzare:
BJT1 BC107 e BJT2 BC177; 2 diodi 1N4001, 2Condensatori C1= C2=22 F; Resistori RL, R1da
definire.
Setup:
Si consideri lo schema mostrato in figura. In tale circuito è
utilizzata una sola batteria e ciò è ottenuto accoppiando il
carico mediante un condensatore di capacità elevata. Durante
il funzionamento, il condensatore si carica alla tensione
VCC/2, e se la capacità è adeguata, la sua tensione rimane in
pratica costante ed il condensatore si comporta come una
batteria.
Considerando ICmax =1mA, VCC =20 V. Da considerazioni
analoghe a quelle fatte precedentemente si ottiene
VCC VCC / 2
RL
10 K
IC max
Per il calcolo di R1 si impone una corrente IR1 =ICmax/10:
VCC 2VBEon
2 R1
187 K
0.1IC max
R1 82 K
+VCC
R1
- C1 +
+ C2 -
RL
R1
Misure da effettuare:
Prima di montare il circuito misurare il valore reale di RL
Si applichi in ingresso un segnale sinusoidale e mediante oscilloscopio visualizzare la forma d’onda in
uscita. In particolare verificare l’eventuale riduzione del fenomeno di “crossover”, ed inoltre, aumentando
l’ampiezza del segnale d’ingresso, verificare per quali valori si verifica il fenomeno di “clipping” e se tale
fenomeno subentra simmetricamente.
Effettuare la misura della tensione d’uscita e valutare l’effettiva potenza ceduta al carico.
Obiettivo:
Studio dell’amplificatore in classe A accordato
Componenti da utilizzare:
BJT BC107, Resistori R1 e RL da definire, Induttore
L=1mH, Condensatori C da definire C1=C2=680nF
Setup:
Si consideri lo schema mostrato in figura. In tale
circuito è utilizzata una sola batteria VCC=5V e si
assume ICmax =2 mA. Si sceglie
VCC VCC / 2
RL
1K
IC max
VCC
L
C
RB
C2
+
Vin
Per il calcolo di R1 si impone una corrente IR1
=ICmax/10:
VCC 2VBEon
2 R1
187 K
0.1IC max
C1
RL
+
Vout
-
R1 82 K
Setup:
Sono dati la tensione di polarizzazione VCC, il punto di lavoro del dispositivo (ICQ= 10 mA, VCEQ=5V).
Tenendo presente le caratteristiche del dispositivo in ( VCEsat =1V, hFE =250 ,VBEQ =0.65V) definire i
resistori con RB RC ed RL. In particolare RB ed RC devono garantire la polarizzazione ed RL deve
massimizzare la potenza in uscita fornendo d’altra parte una segnale Vout esente da “clipping”. Effettuata
la scelta dei componenti montare il circuito come mostrato in figura.
Misure da effettuare:
1) Misurare mediante oscilloscopio il punto di lavoro verificando che le grandezze rilevate siano prossime
a quelle calcolate.
2) Si applichi in ingresso un segnale e mediante l’oscilloscopio visualizzare la forma d’onda in
uscita. In particolare aumentando l’ampiezza del segnale d’ingresso verificare per quali valori
si verifica il fenomeno di “clipping” e se tale fenomeno subentra simmetricamente.
Considerando ICQ =10 mA, VCEQ =5 V
VCC
VCEQ
ICQ RC
Vmax
VCEQ VCEsat
VCC
RB I BQ VBEQ
RC
4V
RB
Imax
ICQ
hFE
VBEQ
VCC VCEQ
ICQ
I CQ 10mA
RB
15V 5V
10mA
1k
Vmax
Imax
400
RL
hFE
VCC VBEQ
ICQ
360k
VCC
RB
BJT
+
Vi
--
C2
C1
RE
RL
+
Vout
--
Obiettivo:
Studio dell’amplificatore in classe A
Componenti da utilizzare:
BJT BC141, Resistori RB RC e RL da definire
Setup:
Sono dati la tensione di polarizzazione VCC, il punto di lavoro del dispositivo (ICQ= 10 mA, VCEQ=5V).
Tenendo presente le caratteristiche del dispositivo in ( VCEsat =1V, hFE =250 ,VBEQ =0.65V) definire i
resistori con RB RC ed RL. In particolare RB ed RC devono garantire la polarizzazione ed RL deve
massimizzare la potenza in uscita fornendo d’altra parte una segnale Vout esente da “clipping”. Effettuata
la scelta dei componenti montare il circuito come mostrato in figura.
Misure da effettuare:
3) Misurare mediante oscilloscopio il punto di lavoro verificando che le grandezze rilevate siano prossime
a quelle calcolate.
4) Si applichi in ingresso un segnale e mediante l’oscilloscopio visualizzare la forma d’onda in
uscita. In particolare aumentando l’ampiezza del segnale d’ingresso verificare per quali valori
si verifica il fenomeno di “clipping” e se tale fenomeno subentra simmetricamente.
Considerando ICQ =10 mA, VCEQ =5 V
VCC
VCEQ
ICQ RC
Vmax
VCEQ VCEsat
VCC
RB I BQ VBEQ
RC
4V
Imax
RB
ICQ
hFE
VCC VCEQ
ICQ
I CQ 10mA
VBEQ
RB
15V 5V
10mA
1k
Vmax
Imax
400
RL
hFE
VCC VBEQ
ICQ
360k
VCC
RB
BJT
+
Vi
--
1.1.1
C2
C1
RE
RL
+
Vout
--
Amplificatore in Classe B
Obiettivo: Studio dell’amplificatore in classe B
Componenti da utilizzare:
BJT BC107 e BC177
Resistore RL =100 Condensatore C=680nF
Setup:
Considerando Imax =0.4 A, Vmax =25 V, Vk =1V . Dato il carico RL=100
polarizzazione che permette di fornire al carico RL una PL=100mW .
definire la minima tensioni di
Verificare che le tensioni, correnti e potenze applicate ai singoli transistori siano minori di quelle
consentite.
Montare il circuito come mostrato in figura, con le tensioni di polarizzazioni ottenute.
Effettuare la misura della tensione d’uscita e valutare l’effettiva potenza ceduta al carico.
Misure da effettuare:
Si applichi in ingresso un segnale e mediante l’oscilloscopio visualizzare la forma d’onda in uscita. In
particolare verificare l’eventuale presenza del fenomeno di “crossover”, ed inoltre aumentando
l’ampiezza del segnale d’ingresso verificare per quali valori si verifica il fenomeno di “clipping” e se tale
fenomeno subentra simmetricamente.
+VCC
RL
-VCC
PL
VCC VK
2 RL
VCC
VK
PL 2 RL
VTm
2 VCC VK
ITm
VCC VK
RL
PTm
VCC ITm
2
10V
4.5V
100
1V
100mW 2 100
5.5V
Vmax
0.045 A I m ax
5.5 0.045 A
79mW
Obiettivo: Studio dell’amplificatore in classe AB
Componenti da utilizzare:
BJT BC107 e BC177; 2Condensatori C=680nF; Resistori RL =100
R1da definire.
Setup:
Considerando Imax =0.4 A, Vmax =25 V, Vk =1V. Dato il carico RL=100 definire la tensione e le
resistenze R1 di polarizzazione in modo da fornire a RL una PL=100mW.
Verificare che le tensioni, le correnti e le potenze applicate ai singoli transistori siano minori di quelle
consentite. Montare il circuito come mostrato in figura, con la tensione ed i resistori di polarizzazione
ottenuti.
Misure da effettuare:
Si applichi in ingresso un segnale e mediante l’oscilloscopio visualizzare la forma d’onda in uscita. In
particolare verificare l’eventuale riduzione del fenomeno di “crossover”, ed inoltre, aumentando
l’ampiezza del segnale d’ingresso, verificare per quali valori si verifica il fenomeno di “clipping” e se tale
fenomeno subentra simmetricamente.
Effettuare la misura della tensione d’uscita e valutare l’effettiva potenza ceduta al carico.
2
PL
I m ax
+VCC
R1
I DC
VCC
RL
R1
R1
VCC / 2 VK
VCC 2 VK
PL 2 RL
2 RL
VCC / 2 VK
4.5
45mA
RL
100
I m ax
I DC
14.3mA
I R1
1.43mA
10
2 VBE
VCC
I R1 2 R1
2 VBE
2 I R1
VTm
VCC VK
ITm
VCC / 2 VK
RL
PTm
VCC ITm
8.8V
2.86mA
10V
3K
Vmax
4.5V
100
5.5 0.045 A
0.045 A I m ax
79mW
11V