Roma 18 dicembre 2007 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA “TOR VERGATA” FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE FISICHE E NATURALI Corsi di laurea in FISICA e SCIENZE DEI MATERIALI LABORATORIO 3: Esperienze didattiche Esperienza n.7: Amplificatore ad emettitore comune Richiami teorici. Misura dell’impedenza di ingresso e stima di hie . Misura del guadagno in tensione e stima di hf e . 1 Richiami teorici: Modello per piccoli segnali di un BJT in configurazione di emettitore comune Il circuito equivalente semplificato per bassa frequenza è rappresentato in fig. 1. N.B.: il circuito equivalente rappresenta il solo transistor. È convenzione diffusa usare per i nomi dei parametri dinamici (variazioni, segnali) del circuito equivalente per piccoli segnali lettere minuscole mentre per i parametri statici le lettere maiuscole. Poichè i parametri sono quelli relativi alle variazioni, le componenti continue (costanti nel tempo) del circuito completo vanno considerate nulle. Questo si traduce, nel passaggio da circuito completo a quello dinamico per piccoli segnali, a sostituire con dei cortocircuiti i generatori di tensione costante ed eliminare i rami contenenti generatori di corrente costante, aprendoli. B ιc ιb + vπ rπ gmvπ C r0 E E Figura 1: Circuito equivalente semplificato a π ibrido in bassa frequenza di un transistor BJT in configurazione di emettitore comune. • rπ rappresenta la resistenza differenziale. I valori tipici di rπ vanno da centinaia a migliaia di ohm; dipende dalla corrente di polarizzazione impostata (statica)1 e ovviamente 1 In generale l’ insieme dei valori di correnti e/o tensioni di polarizzazione statiche, indicati solitamente con il pedice Q definisce il ‘punto di riposo’. Il punto di riposo influenza i valori dei parametri dinamici. 1 dal tipo di transistor. Nel fig.1 del modello non è stata riportata, per semplicità, una ulteriore resistenza in serie a rπ , presente in molti testi, che rappresenta la resistenza ohmica di contatto perchè solitamente di valore relativamente basso da poter essere trascurata nella maggior parte dei casi. Con queste forti approssimazioni/semplificazioni si può assumere che ⇒ rπ ≡ hie dove hie è il parametro di resistenza di ingresso usualmente riportato nei data-sheet. • r0 tiene conto dell’effetto Early e quindi funzionalmente fornisce la dipendenza di ic da vce : di solito è molto alta. • Il generatore di corrente di uscita dipendente fornisce una corrente pari a gm vπ dove gm è la transconduttanza di uscita e tiene conto delle variazioni della corrente di uscita dovute a variazioni (segnale) in ingresso valutate intorno al punto di riposo: ∆IC ic gm = = ∆VBE VCE = cost= VCEQ vbe vce = 0 Spesso in luogo della transconduttanza viene indicato il parametro hf e che è il guadagno differenziale di corrente diretto in cortocircuito a emettitore comune (common emitter forward short-circuit current gain), che quindi è definito come: ∆IC ic hf e = = ∆IB VCE = cost= VCEQ ib vce = 0 per vce = 0 ⇒ ic = gm vπ = gm rπ ib da cui: ⇒ 2 ic = gm rπ = hf e ib Esperienza: polarizzare il transistor. Si consideri l’amplificatore polarizzato come da schema di fig.2. R1 B Rc C VCC E R2 Re Figura 2: Polarizzazione di un amplificatore a BJT ad emettitore comune con il dispositivo 2N3904. 2 Usando l’approssimazione che Ie = Ic e che deve essere: VCC = 12 V ; IC = 4.3 mA ; VCE = 6.8 V e Re = 220Ω ⇒ calcolare Rc . In queste condizioni la corrente di base Ib assumerà un valore di circa 30µA a temperatura ambiente. Si assuma che VBE = 0.7V . Si imponga in R2 una corrente 20 volte superiore a Ib e quindi si calcolino i valori di R2 e di R1 . ⇒ Montare il circuito con i valori di resistenza calcolati. ⇒ Misurare tutti i parametri statici misurabili (compreso β = hF E ). 3 Esperienza: misura dell’impedenza di ingresso e del guadagno in tensione dell’amplificatore. Stima di hie e hf e. Si consideri l’amplificatore come da schema di fig.3 con i valori delle resistenze di polarizzazione precedentemente inseriti nel circuito. R1 Cin B C Vout VCC E Rs Vs Rc Vin R2 Re Ce Figura 3: Polarizzazione di un amplificatore a BJT ad emettitore comune con il dispositivo 2N3904. Per tutte le fasi seguenti pilotare con segnale frequenza nè eccessivamente bassa nè eccessivamente alta e ampiezza di qualche decina di mV al massimo. MISURA DI Rin e STIMA di hie • Misurare la resistenza di ingresso Rin interponendo in serie all’ingresso un resistore di valore opportuno misurando il segnale dopo la resistenza e prima dell’ingresso all’amplificatore. • Tenendo conto che Rin = hie // R1 // R2 ⇒ Calcolare hie e confrontare con il valore riportato nel datasheet. MISURA di Av e STIMA DI hf e • Misurare il guadagno in tensione Av • Da Av = hf e R c hie ricavare hf e e confrontare con il valore riportato nel datasheet. ——————————————————– 3