Esercitazione di Laboratorio: Il BJT come amplificatore

Dipartimento di Matematica & Fisica - Corso di Laurea in Fisica - Esperimentazioni di Fisica III
Prof. Giuseppe Schirripa Spagnolo
Quinta Esperienza: Il BJT come amplificatore
Eseguita in data ………………………….
STUDENTE:…………………………………………………………………………………………………………………………………………….
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Per l’esperienza si utilizzeranno:
 BJT 2N2222A
 Resistenze da: 15 kΩ, 8.2 kΩ, 1 kΩ (due), 47 Ω
 Condensatori: 470 nF; 47 μF; (10 nF  100 nF da inserire tra l’alimentazione e massa)
 alimentatore +12V
 generatore di funzioni
 oscilloscopio a doppia traccia
 breadboard
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Esercitazione di Laboratorio: Il BJT come amplificatore
PREMESSA
L’esperienza consiste nel realizzare un semplice amplificatore a emettitore comune.
Un amplificatore si dice a emettitore comune quando l'emettitore è comune sia all'ingresso sia all'uscita.
Affinché la connessione sia, effettivamente, a emettitore comune occorre collegare l'emettitore al
potenziale di riferimento (la massa); per ottenere ciò, si dovrebbe eliminare il resistore RE . Purtroppo
questa resistenza serve scegliere correttamente il punto di lavoro del transistor. Pertanto, per
“eleminare”, per i segnali da amplificare (segnali tempo variabili) la resistenza RE si usa un
condensatore C2 collegato in parallelo a RE . Il condensatore, per la componente continua del segnale, è
un circuito aperto. Pertanto, il punto di lavoro a riposo, cioè in assenza di segnale “variabile” presente in
ingresso, non viene modificato dal condensatore. Quando si applica un segnale in ingresso, il
condensatore (se di opportuna capacità) si comporta come un corto circuito per la parte variabile del
segnale. Praticamente, per i segnali “variabili” l’emettitore si trova collegato a massa. In realtà non si
“annulla” tutta la resistenza RE ; una parte di essa rimane per effettuare la “retroazione”. Il
condensatore d’ingresso C1 ha il compito di applicare il segnale d’ingresso sulla base del transistor,
bloccando la componente continua. Infatti, se colleghiamo direttamente il generatore di segnale sulla
base. La resistenza d’uscita del generatore (circa 50 Ω), modifica la polarizzazione del pransistor.
Analogamente il condensatore Cout trasferisce il segnale dall'uscita dell'amplificatore all’utilizzatore e
blocca la componente continua. Nella configurazione a emettitore comune il segnale di uscita è sfasato
di 180° rispetto al segnale d’ingresso.
Per la nostra esperienza, il circuito presentato nella figura precedente verrà montato sulla breadboard.
ATTENZIONE: Inizialmente non deve essere montato il condensatore da 47 μF; verrà montato
successivamente.
Per la tensione VCC utilizzare l’uscita 0  +20 V (selezionandola a 12 Volt) dell’alimentatore ELIND (mod.
6TD20) o Helwett Packard mod. E3630A.
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ATTENZIONE: al posto del 2N2222 con case metallico (mostrato in figura), può essere utilizzato il
2N2222 con case plastico.
ANALISI STATICA DEL PUNTO DI LAVORO DEL BJT
La prima parte dell’esperienza prevede l’analisi del circuito statico (senza segnale d’ingresso). Poiché
non si conosce l’esatto valore del beta del transistor, in modo approssimato, trascurando la corrente di
base, considerando I E  I C e usando come valore della tensione di base-emettitore VBE  0.7 V ,
calcoliamo i valori della tensione di base (VB), di emettitore (VE) e di collettore (VC).
Nel seguito vengono riportati i valori ricavabili con i valori nominali delle resistenze. Effettuare i calcoli
seguenti con i valori delle resistenze effettivamente utilizzate.
VB 
8.2 k
 12 V   4.25 (partitore di tensione presente in base)
(8.2 k)  (15 k)
VE  VB  0.7 V  3.55 V (caduta di tensione sulla resistenza di emettitore)  I E  I C 
3.55 V
 3.4 mA
1047 
VC  12V   1 k    3.4 mA   8.6 V
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Durante l’esperienza, mediante multimetro Agilent si misurano le tensioni VB, VE, VC, effettivamente
presenti nel circuito. Verificare che i valori misurati non si discostino, in modo “eccessivo”, dai valori
previsti.
VALORE PREVISTO
PARAMETRO
VALORE MISURATO
VALORI DETERMINATI TRAMITE MISURAZIONE
VANNO INSERITI QUELLI
RELATIVI “TEORICI” RELATIVI
ALLE VOSTRE RESISTENZE
VB
4.25 V
VBE
VE
3.55 V
VBC
VC
8.6 V
VCE
DETERMINAZIONE DELL’AMPLIFICAZIONE DEL BJT
Nella seconda parte dell’esperienza si colleghi il generatore di segnale con un valore di tensione “piccopicco” di circa 0.1 V (ricordarsi che esiste differenza tra segnali presente sul display dell’oscillatore e la
tensione “effettivamente” erogata, circa il doppio se non si usa il “tappo da 50 Ω); frequenza di circa 5
KHz. Se in uscita si collega l’oscilloscopio (ATTENZIONE: l’oscilloscopio deve essere accoppiato in AC) si
noterà che il segnale di uscita è sfasato di 180° rispetto al segnale applicato in ingresso.
Collegando il canale 1 dell’oscilloscopio al segnale d’ingresso e il canale 2 sul collettore, si ha la
possibilità di misurare l’amplificazione del circuito.
Nel primo caso si eseguirà la misurazione con il circuito senza il condensatore di bypass (senza il
condensatore C2 da 47 μF). Successivamente, verrà eseguita la misurazione con il condensatore C2
presente.
Condizione
VIN
VOUT
Av (MISURATO)
Av (TEORICO)
Senza condensatore
C2
Circuito completo
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Ottenuti i valori di AV confrontare tali valori con quelli previsti dalla teoria.
Cercare di giustificare le “discrepanze”.
RISPOSTA IN FREQUENZA DELL’AMPLIFICATORE
Nell’ultima parte dell’esperienza si verificherà la risposta in frequenza dell’amplificatore. La
determinazione va fatta sul circuito completo; cioè con condensatore di bypass (C2 = 47 μF) presente.
Si dovrà tracciare il grafico amplificazione vs. frequenza; determinando la frequenza di taglio inferiore e
la frequenza di taglio superiore (-3 dB rispetto alla zona piatta – cioè dal massimo dell’amplificazione).
Il risultato dovrebbe essere del tipo mostrato in figura (anche se il guadagno e le frequenze di taglio
saranno certamente differenti).
Non deve essere fatta una “misurazione” delle frequenze di taglio, è sufficiente una stima.
Giustificare da cosa dipende la frequenza di taglio f1.
Nota:
La relazione non deve essere limitarsi a riempire le tabelle di dati. Deve rappresentare un
momento di riflessione su quanto studiato e sulla verifica sperimentale delle ipotesi “teoriche”.
Questo è il fine delle esperienze di laboratorio.
Ce ciò non viene correttamente fatto in sede di redazione della relazione, verrà richiesto in
sede d’esame.
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