AMPLIFICATORE A TRANSISTOR AD EMETTITORE COMUNE

BERGAMO
AMPLIFICATORE A TRANSISTOR AD EMETTITORE COMUNE
FUNZIONANTE IN CENTRO BANDA
Prof. CHIRIZZI MARCO
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Amplificatore a emettitore comune in centro banda
In questa sede analizzeremo gli amplificatori a transistor, funzionanti in centro banda,
ipotizzando la linearità nel funzionamento del BJT. Questa ipotesi è del tutto legittima
se il segnale di tensione vi , applicato all’ingresso dell’amplificatore in esame, determina
piccoli spostamenti del punto di lavoro a riposo. Tenendo conto di detta
approssimazione, il BJT può essere rappresentato da un circuito equivalente a parametri
h , che risulta puramente resistivo, quindi lineare ( fig. 1 ). Si faccia riferimento
all’amplificatore a emettitore comune riportato in figura 2.
Figura 1. Circuito equivalente del BJT a parametri h
In fase di progetto, i condensatori C1 e C2 vengono dimensionati in modo tale che
abbiano valori relativamente grandi, affinché le rispettive reattanze capacitive risultino
trascurabili in centro banda ( C1 e C2 sono assimilabili a dei cortocircuiti ). Sono,
invece, trascurabili le capacità parassite interne al BJT presentando quindi reattanze
assimilabili a dei circuiti aperti.
Figura 2. Amplificatore a emettitore comune completo.
Per lo studio analitico dell’amplificatore di figura 2 si fa riferimento al circuito
dinamico ( figura 2a ), in cui si tiene conto del solo segnale vi , cortocircuitando la
tensione Vcc di alimentazione.
Figura 2a. Circuito dinamico dell'amplificatore a emettitore comune.
Si noti che i condensatori sono stati assimilatati a dei cortocircuiti. Il circuito
equivalente a parametri h ( vedi figura 2b) è descritto dalle seguenti equazioni:
vbe = hie ib + hre vce

ic = h fe ib + vce hoe
Figura 2b. Circuito equivalente a parametri h dell'amplificatore a emettitore comune.
Definizione di hie
Rappresenta la resistenza d’ingresso del BJT ad emettitore comune ( vista tra la base e
l’emettitore ), nell’intorno del punto di funzionamento, sentita dalla componente
alternata del segnale con l’uscita cortocircuitata. In formula si ha:
v
hie = be
ib
v ce =0
Definizione di hre
Rappresenta l’amplificazione inversa di tensione nella configurazione ad emettitore
comune, ed è un indicatore della capacità del BJT di trasferire in ingresso il segnale
applicato in uscita. Questo parametro è adimensionale, normalmente è trascurabile e di
conseguenza l’amplificatore lo si può ritenere unidirezionale, come è giusto che sia. In
formula si ha:
v
hre = be
vce
ib = 0
Definizione di h fe
Rappresenta il guadagno di corrente nella configurazione a emettitore comune e con
l’uscita in cortocircuito. In formula si ha:
i
h fe = c
ib V
ce
=0
Definizione di h0e
Rappresenta la conduttanza di uscita con l’ingresso aperto, sentita dalla componente
alternata del segnale. In formula si ha:
i
h0e = c
vce i =0
b
Questo parametro assume un valore molto piccolo, pertanto può essere trascurato.
Studio analitico dell’amplificatore a emettitore comune
Analizziamo l’amplificatore di figura 2, trascurando il parametro hre . Il circuito
equivalente a parametri h è quello di figura 3.
Figura 3. Circuito equivalente con parametri h e con hre trascurabile.
Per il calcolo del guadagno di tensione, si ricava:
AvL =
v0
vi
1
// R p ) con R p = Rc // RL
hoe
Inoltre vi = hie ib e quindi si ottiene:
dove v0 = −h feib (
 1

h fe 
// R p 
h
v

AvL = o = −  oe
vi
hie
Il segno meno significa che l’amplificatore è invertente. Per il calcolo del guadagno in
assenza di carico, basta porre RL = ∞ e quindi R p = Rc . Per il calcolo della resistenza
d’ingresso, si procede come segue:
Ri =
vi
= RB // hie
iS
Siccome hie è dell’ordine di pochi chiloohm, la resistenza Ri è molto bassa e ciò
implica che vi risulta molto minore di vS . Il guadagno di tensione totale è definito nel
seguente modo:
AvLTOT =
v0 v0 vi
v
=
= AvL i
vS vi vS
vS
vi
si calcola tenendo conto che Ri ed RS formano un partitore di tensione,
vS
pertanto si ha:
Il rapporto
vi =
vS
vi
Ri
RI ⇒
=
v S Ri + RS
RS + Ri
In definitiva, l’amplificazione di tensione totale di un amplificatore ad emettitore
comune risulta definito dalla seguente relazione:
AvLTOT = AvL
Se risulta Ri >> RS allora AvLTOT → AvL .
Ri
Ri + RS
Per il calcolo della resistenza di uscita, si fa riferimento al circuito equivalente di figura
4. Si verifica facilmente che detta resistenza è definita dalla relazione:
Ro = Rc //
1
≅ Rc con hoe trascurabile
hoe
Siccome la resistenza Rc può assumere valori di qualche chiloohm, la resistenza di
uscita di un amplificatore ad emettitore comune è relativamente alta ( per un
amplificatore ideale, la resistenza di uscita è nulla ). Lascio al lettore l’incombenza di
verificare che il guadagno di corrente è dato dalla relazione seguente:
Ai =
i0
R
= − AvL i
iS
RL