Esercitazione N. 4

Università di Bologna, Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica
Esercitazioni di C IRCUITI ELETTRONICI ANALOGICI L
T ELECOMUNICAZIONI
Anno Accademico 2002/2003
Esercitazione N. 4
28 Febbraio 2003
L’esercitazione numero quattro è divisa in due parti. Nella prima parte si studierà una configurazione elementare di circuito a transistor detto stadio a collettore comune. Nella seconda parte
dell’esercitazione si analizzerà un amplificatore più complesso composto dalla cascata di due stadi
elementari, il primo del tipo collettore comune ed il secondo uno stadio del tipo base comune. Obiettivo dell’esercitazione è la risoluzione della esercitazione proposta e la verifica dei risultati ottenuti
mediante l’impiego del simulatore circuitale PSpice.
Stadio amplificatore elementare Collettore Comune
Il transistor del circuito di Fig.1 è descritto dal modello a due parametri Is = 1 ∗ 10−17 A, βF = 100
e VT = 25 mV. Sapendo che Vcc = 12 V, RE = 1200 Ω, Rg = 28 Ω e che il valore della tensione di ingresso a riposo è Vin = VinOP = 6 V rispondere ai quesiti riportati di seguito, avvalendosi
successivamente per la verifica dei risultati ottenuti del simulatore circuitale PSpice. Il primo passo
Q
"!#%$&('
RE
1.2k
Rg
28
Vin
Figura 1: Stadio amplificatore elementare del tipo collettore comune.
dell’analisi del circuito rigurderà la determinazione del punto di funzionamento a riposo dello stesso,
1
partendo dall’ipotesi che il transistor lavori in regione normale diretta. Come ulteriore ipotesi semplificativa si suggerisce, in questa parte dell’esercitazione, di trascurare la corrente di base del transistor
IB = 0, da cui IC = IE = ICE .
Rispondere ai seguenti quesiti:
1. Quale è il valore della tensione di uscita del circuito a riposo (Vout = VoutOP )?
2. Quale è il valore della corrente di collettore del circuito a riposo (ICE = ICEOP )?
3. Quale sono i valori delle tensioni VCEOP e VBEOP ?
4. La regione di lavoro del transistor è effettivamente quella ipotizzata in precedenza? In
caso di risposta negativa rispondere alle domande tenendo conto della corretta regione di
funzionamento.
5. Quale è il valore del guadagno di tensione in questo punto di riposo?
Determinato il punto di funzionamento a riposo dello stadio amplificatore collettore comune si procederà alla sua analisi in regime di piccoli segnali. In questo caso si considerà il modello a due parametri
F ∗VT
e dalla transconduttanza gm = ICEOP
.
costituito dalla resistenza differenziale di ingresso rbe = βICEOP
VT
Rispondere ai seguenti quesiti:
1. Quale è l’equazione analitica che descrive l’entità della resistenza di ingresso Rin del circuito?
2. Sostituendo ai termini simbolici i valori numerici quale è il valore della resistenza di ingresso
Rin del circuito?
3. Quale è l’equazione analitica che descrive l’entità della resistenza di uscita Rout del circuito?
4. Sostituendo ai termini simbolici i valori numerici quale è il valore della resistenza di uscita Rout
del circuito?
5. Quale è l’equazione analitica che descrive l’entità del guadagno di tensione Av del circuito?
6. Sostituendo ai termini simbolici i valori numerici quale è il valore del guadagno di tensione Av
del circuito?
Amplificatore a due stadi
Facendo riferimento allo schema di Fig.2 e considerando i transistor che compongono il circuito
essere dello stesso tipo di quello descritto in precedenza si porcederà alla analisi del circuito. Si determinerà prima il punto di riposo del circuito avvalendosi successivamente per la verifica dei risultati
ottenuti del simulatore circuitale PSpice. Si ipotizzi che Vcc = −Vee = 12 V e che a riposo la corrente
I0 sia il doppio di quella calcolata in precedenza e che ICE1OP = 4 ∗ ICE2OP . Si consideri inoltre
RE = RC = 2000 Ω.
2
4.5062728
RC
2k
Q2
Q1
RE
2k
"!#%$&('
I0
,.-0/2123
)+**
Figura 2: Amplificatore a due stadi.
Rispondere ai seguenti quesiti:
1. Quale è il valore della tensione di ingresso a riposo VinOP , nelle condizioni indicate in
precedenza?
2. Quale è il valore della tensione di uscita a riposo VoutOP , nelle condizioni indicate in
precedenza?
3. Quale sono i valori delle tensioni VCEOP e VBEOP ?
4. La regione di lavoro del transistor è effettivamente quella ipotizzata in precedenza? In caso di risposta negativa rispondeare alle domande tenendo conto della corretta regione di
funzionamento.
5. Quale è il valore del guadagno di tensione in questo punto di riposo?
Determinato il punto di funzionamento a riposo dell’amplificatore a due stadi si procederà alla sua
analisi in regime di piccoli segnali.
Rispondere ai seguenti quesiti:
1. Quale è l’equazione analitica che descrive l’entità della resistenza di ingresso Rin del circuito?
2. Sostituendo ai termini simbolici i valori numerici quale è il valore della resistenza di ingresso
Rin del circuito?
3. Quale è l’equazione analitica che descrive l’entità della resistenza di carico RLOAD a cui è
soggetto il transistor Q1 del circuito?
4. Sostituendo ai termini simbolici i valori numerici quale è il valore della resistenza di carico
RLOAD ? Differisce dal valore della RE dell’esercizio precedente?
5. Quale è l’equazione analitica che descrive l’entità della resistenza di uscita Rout del circuito?
3
6. Sostituendo ai termini simbolici i valori numerici quale è il valore della resistenza di uscita Rout
del circuito?
7. Quale è l’equazione analitica che descrive l’entità del guadagno di tensione Av del circuito?
8. Sostituendo ai termini simbolici i valori numerici quale è il valore del guadagno di tensione Av
del circuito?
Modello PSpice dei transistor BJT
Qui di seguito sono riportati i modelli PSpice dei transistor BJT usati nelle esercitazioni di laboratorio.
.model NBJTA NPN IS=1E-17 BF=100
+ BR=1 VAF=50 TF=10E-12 TR=5E-9 IKF=2E-2
+ IKR=0.5 RE=20 RC=75 RB=120 CJE=20E-15 VJE=0.8 MJE=0.5 CJC=22E-15
+ VJC=0.7 MJC=0.33 CJS=47E-15 VJS=0.7 MJS=0.33
.model PBJTA PNP IS=1E-17 BF=90 BR=1
+ VAF=50 TF=10E-12 TR=5E-9 IKF=2E-2
+ IKR=0.5 RE=20 RC=75 RB=120 CJE=40E-15 VJE=0.8 MJE=0.5 CJC=38E-15
+ VJC=0.7 MJC=0.33 CJS=70E-15 VJS=0.7 MJS=0.33
Nel caso in questione la prima riga che descrive i parametri del modello è da tenere in considerazione.
Per completezza sono state comunque riportati tutti gli altri parametri che descrivono il attraverso un
modello il dispositivo transistor BJT di tipo NPN e PNP rispettivamente.
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