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Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 2 | 16
Per la scelta del punto di lavoro, al fine di garantire il funzionamento il più possibile lineare, si sceglie VCEQVCC/2 e ICQ al centro delle caratteristiche (o come da specifiche da datasheet)
2CQ
BQFE
II I
h
Ipotesi per il progetto della polarizzazione
10CC
E E EQVV R I
2 10 BQI I
1 2I I
10CC
E E CQVV R I 10
CCE
CQ
VRI
CC C CQ CEQ EV R I V V CC CEQ EC
CQ
V V VR
I
2 2 2 10 CQBEQ E
FE
IV V R I R
h 2
10
BEQ E
CQ
FE
V VR I
h
1 2 2CCV R R I 1 2
10
CC
CQ
FE
VR RIh
B
C
E
IC
IE
IB
npn
VCC
RC
R2
RE
R1 I1
I2
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 3 | 16
ObiettiviPolarizzare il transistore BJT BC107 nel punto di lavoro caratterizzato da:• VCEQ=5V, • VBEQ=0.65V, • ICQ=2mASi utilizzi la tensione di alimentazione VCC=10V.
Datasheet del componente
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 4 | 16
Passi di realizzazione
1. Dal datasheet si ricavano i valori di hFE,min=110 e hFE,Max=450.
2. Per il valore di hFE si userà la media geometrica
3. Si dimensionano le resistenze in base alle relazioni precedenti
• RE=500
• RC=2k
• R1=91k
• R2=18k
4. Montare il circuito secondo lo schema (prestare attenzione alla piedinatura del BJT).
5. Verificare la polarizzazione misurando le tensioni VE, VCE e VBE.
,min , 220FE FE FE Maxh h h
Se il punto di lavoro non è ben verificato, occorreràmodificare “opportunamente” i valori delle resistenze
E
C
BB
C
E
IC
IE
IB
npn
VCC
RC
R2
RE
R1 I1
I2
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 5 | 16
Modello a parametri ibridi
All’aumentare della frequenza, il circuito a parametri ibridi non va più bene in quanto hfe ed hiedipendono fortemente dalla frequenza . Si usa allora il circuito a ‐ibrido o di Giacoletto
rb’e
rce
rbb’
rb’c
Cb’e Cb’c
g ·Vm b’e
E C
B
B’
hie
h ·re vcehfe·ib 1/hoe
ib ic
+
-
+
-
+
-
vbe vce
Semplificato
hie hfe·ib
ib ic
+
-
+
-
vbe vce
rb’e rce
rbb’rb’c
Vb’eg Vm b’e
B’B
E E
C
+
-
Medie frequenze
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 7 | 16
B
C
E
IC
IE
IB
npn
VCC
RC
R2
RE
R1 I1
I2
RL
RS
C2
C1
C3
Per l’analisi in AC alle medie frequenze, al posto del transistor si sostituisce il suo modello equivalente (semplificato). I condensatori esterni sono considerati in corto circuito!
ib
+
-
vbe hfeib
ic
+
-
vce
hie
RCR2R1 RL
RS
iin
+
-
vout
+
-
vin
Rin Rout
B C
E
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 8 | 16
Resistenza di ingresso ini ie
b
vR hi
'1 2/ / / /
i
inie
in
vR h R Ri
Resistenza di uscita (si calcola ponendo vin=0 Ib=0)
1co
c oe
vRi h
' //o C LR R R
Amplificazione di tensione/ / / /out c c L c L
V fein b ie ie
v i R R R RA hv i h h
Amplificazione di corrente' '
out out i ii v
in L in L
i v R RA Ai R v R
ib
+
-
vbe hfeib
ic
+
-
vce
hie
RCR2R1 RL
RS
iin
+
-
vout
+
-
vin
Rin Rout
B C
E
iout
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 9 | 16
Essendo G0 il guadagno dell’amplificatore alle medie frequenze. Il metodo è esatto ma complesso e poco pratico. Si utilizzano perciò metodi approssimati
metodo delle costanti di tempo
Il metodo più diretto per valutare la frequenza di taglio e quindi la banda passante di un amplificatore è partire dalla funzione di trasferimento:
o
i
v sG s
v s
e risolvere l’equazione:
2oGG s
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 10 | 16
Metodo delle costanti di tempo
1
1n
ij js
Frequenza di taglio inferiore
jsE’ la costante di tempo della j‐esima capacità del circuito di bassa frequenza, calcolata con tutte le altre capacità in corto circuito.
1
1 n
jojs
Frequenza di taglio superiore
joE’ la costante di tempo della j‐esima capacità del circuito di alta frequenza, calcolata con tutte le altre capacità in circuito aperto.
Si ha una stima per difetto della banda passante dell’amplificatore
i s,i reale ,s reale
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 11 | 16
1 10 100 1000 10000 100000
|G(j
)| (d
B)
10
13
16
19
22
25
28
31
34
37
40
is
1
n
i iis
2
1
n
i iis
21 1/
z
jjas
s
1 1z
ias is
1s
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 12 | 16
ib
+
-
vb e hfe ib
ic
+
-
vce
hie
RCR2R1 RL
RSC1
ib
+
-
vb e hfe ib
ic
+
-
vce
hie
RCR2R1 RL
RSC2
ib
+
-
vbehfeib
ic
+
-
vce
hie
RCR2R1 RL
RS
C3RE
+
-
V
I
1 1 1 2// //S ieC R R R h
2 2 L CC R R
1 23 3
// ////
1ie S
Efe
h R R RC R
h
1 2 3
1 1 1 12if
Calcolo delle costanti di tempo per ogni capacità del circuito di bassa frequenza, considerando tutte le altre in corto circuito.
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 13 | 16
' / / / /
1 / / / /b c ce C L
dxm ce C L
r r R RVRI g r R R
4 ' / /b e dx sxC R R
5 ' ' ,2/ /b c b c eqC r R
4 5
12sf
Calcolo delle costanti di tempo per ogni capacità del circuito di alta frequenza, considerando tutte le altre in circuito aperto. rb’e rce
rbb’
rb’c
Cb’e
Cb’c
g Vm b’e
B’
RCR2R1 RL
RS
rce
rb’c
g VmRC RL
+
-
V
I
Rdx
' ' 1 2/ / / / / /sx b e bb SR r r R R R
rb’e rce
rbb’
rb’c
Cb’c
g Vm b’e
B’
RCR2R1 RL
RS
Rsx
+
g Vm b’e
B’
rce //RL//RC
-V
I
E
,2 / / / / 1eq sx ce C L m sxVR R r R R g RI
/ / / /sx ce C L m sxV R I r R R I g R I
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 14 | 16
ObiettiviRealizzare un amplificatore in configurazione ad emettitore comune, conun transistore BC107, che abbia come amplificazione di tensione unvalore AV‐8 ed una frequenza di taglio inferiore il più piccolo possibile.Determinare la banda passante e verificarla sperimentalmente.Per la polarizzazione utilizzare i dati dell’esperienza precedente, ovvero:• VCEQ=5V,• VBEQ=0.65V,• ICQ=2mA,• VCC=10V.Per il transistore si consideri hfe=250 e hie=4k.Per il modello di Giacoletto, si consideri Cb‘e= 12pF e Cb‘c = 5pF.
B
C
E
IC
IE
IB
npn
VCC
RC
R2
RE
R1 I1
I2
RL
RS
C2
C1
C3
Passi di realizzazione1. Per la resistenza di carico RL, sfruttare la relazione2. Per la scelta dei condensatori:
• C3=470F (elettrolitico) 1=2182.2 s• C2=680nF 2=1448.4 s• C3=680nF 3=1448.4 s• fi202Hz
3. Dal calcolo delle costanti di tempo superiori• 4=10.08 s• 5=44.26 s• fs3MHz
V CL
feC V
ie
A RR hR A
h
Verificare il funzionamento e la banda dell’amplificatore.Osservare cosa succede all’aumentare della ampiezza delsegnale di ingresso
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 15 | 16
E’ un amplificatore in grado di fornire in uscita due segnali con medesima ampiezza ma in opposizione di fase.
B
C
E
IC
IE
IB
npn
VCC
RC
R2
RE
R1 I1
I2
RS C1
Vo1
Vo2
VS Vin
Per assicurare che le due uscite abbiano medesima ampiezza, tenendo conto che la configurazione C.C. ha guadagno circa unitario, occorrerà scegliere:
C ER R
Guadagno associato all’uscita Vo1:
Guadagno associato all’uscita Vo2:
1C
V fei
RA hR
1i ie fe ER h h R
2 1 ieV
i
hAR
1i ie fe CR h h R
Elettronica IIProf. Paolo Colantonio 16 | 16
ObiettiviRealizzare un amplificatore phase splitter, con un transistore BC107.Per la polarizzazione, fissare:• VCEQ=5V• VBEQ=0.65V• ICQ=2mA• VCC=10VGarantire inoltre che sia:• VCQ=3/4VCC=7.5V• VEQ=1/4VCC=2.5VPer il transistore si consideri hfe=220 e hie=4k.
Passi di realizzazione1. Per le resistenze RE=RC=R, sfruttare la relazione2. Per la resistenza di polarizzazione R2, imporre che sia 1/10 della
resistenza vista dalla base del BJT:
3. Per la resistenza R1, trascurando la corrente sulla base, sfruttare la relazione:
2CC CEQ
CQ
V VR
I
Verificare i segnali presenti sulle due uscite.Osservare cosa succede all’aumentare della ampiezza delsegnale di ingresso
B
C
E
IC
IE
IB
npn
VCC
RC
R2
RE
R1 I1
I2
RSC1
Vo1
Vo2
VS Vin
21 1 1
10 10
10
BEQBASE FE E
BQ
FE E
VR R h R
I
h R
1
2
1 2 2R CC BEQ EQ
R BEQ EQ
V V V VR R R
V V V