BERGAMO AMPLIFICATORE A TRANSISTOR AD EMETTITORE COMUNE FUNZIONANTE IN CENTRO BANDA Prof. CHIRIZZI MARCO www.elettrone.altervista.org www.atomo.altervista.org www.professore.mypodcast.com [email protected] 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