Polarizzazione del BJT - unirc.it · POLARIZZAZIONE DEL TRANSISTOR Per rendere g m indipendente dal e dalla temperatura, occorre rendere I C, e quindi I E, indipendente da e da V

Elettronica I - A.A. 2010/2011

Polarizzazione del BJTIl circuito di polarizzazione, o circuito DC, serve per imporre il

punto di lavoro del BJT quando il segnale in ingresso è nullo

Per un BJT utilizzato come amplificatore, spesso il punto di lavoro è al centro della regione attiva

Il circuito DC dovrebbe garantire il più possibile :- la stabilità del punto di lavoro al variare della temperatura- l’indipendenza del punto di lavoro dalle caratteristiche del BJT- che il BJT non esca dalla regione attiva in presenza dei segnali

variabili

In questo modo le proprietà dell’amplificatore risulteranno stabili


Fissare il punto di lavoro di un BJT significa innanzitutto fissare il valore della IB (e dunque della IE e della IC), facendo attenzione a che il dispositivo lavori in regione attiva

Tentare di fissare la VBE non è in generale conveniente a causa della relazione esponenziale fra IC e VBE (piccoli errori sulla VBE indurrebbero grandi errori sulla IC)

Fissare la corrente di base equivale a fissare la corrente nel diodo B-E


circuito di principiocircuito con polarizzazione

del collettore

0.7B

VIR

l’uso di due generatori DC non è però conveniente


Questo circuito sarebbe utilizzabile, ma presenta vari inconvenienti:

- la IB dipende dalla temperatura perchéVBE=Vγ(T)

- la IC dipende da β (cosa non gradita per le correnti di polarizzazione)

- il nodo di base è ad un potenziale DCprossimo a 0.7 V (in molti circuiti è una limitazione non accettabile)

- l’applicazione sul nodo di base un segnale da amplificare non avrebbe alcun effetto sulla iB (e quindi sulla iC) (in realtà l’effetto ci sarebbe, grazie alla presenza della R interna al diodo B-E, ma sarebbe molto modesto perché la R interna è molto piccola)

BEB

b

V VIR


POLARIZZAZIONE DEL TRANSISTOR

Per rendere gm indipendente dal e dalla temperatura, occorre rendere IC , e quindi IE, indipendente da e da VBE. Quindi:

BEEEBEBB VVoVV

1

BB

E

BEBBE RR

VVI

1

BB

E

BEEEE RR

VVI

EBB RR 1 nonché:

cioé: R1 e R2 piccole, e quindi bassa resistenza di ingresso

ELE- BJT2 - 4

RBB


Esempio 1 – Determinare se il BJT è polarizzato in regione attiva ed il rapporto IR1/IB

Esempio 2 – Determinare Rc tale che il BJT operi al limite della saturazione

Esempio 3 – Determinare R2 tale che VB=4.5 V

Esempio 4 – Determinare R1 ed R2 tale che IB sia raddoppiata

Esempio 5 – determinare IC se il β raddoppia

β=100


Esempio 6 – Polarizzare un BJT in regione attiva in modo da avere IC=1 mA e VCE=3 V (si assuma β=100, VCC=12 V)

Note:

- il problema ammette infinite soluzioni. Per trovarne una valida, dobbiamo fissare arbitrariamente dei criteri ragionevoli

- se il BJT è in r.a., allora IC dipende solo da IB, che a sua volta dipende solo da R1, R2 e RE (non da RC)

- in assenza di vincoli specifici, è buona norma imporre IB<<IR1, (per es. IR110 IB), e VB0.33 VCC

- se si può imporre IR1 >> IB e VB0.33 VCC , allora R12R2


1 2 21 2 2

403

CC CCR R

V VI I R kR R R

1 2 26 4bb bbR R R k V V

e0.7 1 3.04bb B bb B eV I R I R R k


POLARIZZAZIONE MEDIANTE GENERATORE DI CORRENTE

Consente di utilizzare RB grande (elevata resistenza di ingresso) mantenendo IE (o IC) costante con eT.

Si può realizzare mediante uno specchio di corrente.

Trascurando le correnti di base:

R

VVVI BEEECCREF

1

che è stabile se VCC + VEE >> VBE1 . Se Q1=Q2, essendo VBE1 = VBE2 si ha: IC2 = IREF

Occorre garantire che Q2 è in regione attiva.

ELE- BJT2 - 5

schema di principio implementazione del generatore di corrente


AMPLIFICATORI IDEALI

VoVi

AvVi

amplificatore di tensione

IoIi AiIi

amplificatore di corrente

VVA

VVA V

i

o

AAA

IIA I

i

o

Vi

amplificatore a transconduttanza 1 GVIA

i

o

IoG Vi

Vo

RIi

amplificatore a transresistenza RIVA

i

o

Ii

Per questi amplificatori il guadagno è indipendente dalla sorgente e dal carico !!!


AMPLIFICATORI REALI

VoVi AvVi

amplificatore di tensione

IoIi

AiIi

amplificatore di corrente

si

iL

Lo

V

s

o

RRRR

RRA

VVA

RoRi

Vs

Rs

Ri

RL

RoRL

IsRs

si

s

Lo

oI

s

o

RRR

RRRA

IIA


AMPLIFICATORI REALI

Vo

Vi

R Ii

amplificatore a transresistenza

Io

Ii

G Vi

amplificatore a transconduttanza

?s

o

IVA

Ro

RiVs

Rs

Ri RL

RoRL

IsRs

?s

o

VIA


AMPLIFICATORE AD EMETTITORE COMUNE

ELE- BJT2 - 6

rRi S

s Rrrvv

S

CoS

Coms

oCom

o

RrRr

RrrRrg

vvARrg

vv

Elettronica I - A.A. 2010/2011ELE- BJT2 - 7

GUADAGNO DI CORRENTE

Co

o

Co

om

bCo

om

b

oi Rr

rRr

rrgiRr

rvgiiA

1

RESISTENZA DI USCITA

La resistenza di uscita di un amplificatore è importante quando il segnale di uscita deve essere applicato all’ingresso di un altro amplificatore, o in generale ad un carico. Per valutarla si annulla il generatore in ingresso, si impone un generatore noto V in uscita e si calcola la corrente I di uscita.

Con vs = 0, si ha v = 0, e quindi:

Coo RrIVR


Considerazioni sull’amplificatore CE (common emitter)

- La resistenza di ingresso (r) ha valori medi (qualche k)

- Il guadagno Av può assumere valori elevati (oltre 100 V/V) se Rc è grande ed il BJT presenta un piccolo effetto Early (rogrande)

- La resistenza di uscita (Rc||ro) è in genere limitata da Rc (in quanto ro è dell’ordine delle decine di k). Ridurre Rc vuol dire però ridurre il guadagno Av

- Il guadagno Ai è al massimo pari a

In dipendenza della sorgente e del carico, può essere utilizzato sia come amplificatore di tensione che come amplificatore di corrente.


AMPLIFICATORE AD EMETTITORE COMUNE CON POLARIZZAZIONE A QUATTRO RESISTORI

ELE- BJT2 - 8

In assenza di altre indicazioni, le R possono essere scelte in modo che:

CCB VV31

BR II 101 CCC VV

32


rRRRi 21

rRRR

rRR

rRRr

As

LCoV

21

21

Coo RrR

AMPLIFICATORE AD EMETTITORE COMUNE CON POLARIZZAZIONE A QUATTRO RESISTORI

Se R1 ed R2 sono scelte molto grandi (cosa che penalizza la stabilità della polarizzazione), la Ri è al massimo pari a r (che è dell’ordine dei k)

La Ro può essere resa piccola agendo su RC, ma questo penalizza il guadagno.

Se la Ri è grande, il guadagno Av è al massimo pari a , e dunque può essere molto grande.

rro


www.electronics-ab.com/downloads/cnt/fclick.php?fid=513

SPICE per VISTA (student version)


AMPLIFICATORE AD EMETTITORE COMUNE CON RESISTENZA DI EMETTITORE

ELE- BJT2 - 9

Eeb

Eeb

b

bi Rr

iRri

ivR

11 (regola della riflessione

della resistenza)

RE

RE

che dunque può essere resa molto più grande di quella del “common emitter” senza RE


EeS

C

Si

i

Ee

C

s

b

b

o

s

o

RrRR

RRR

RrR

vv

vv

vvA

1

RE

Per grande (e Rs piccola rispetto alla Ri), Avpuò al massimo essere pari a

E

c

Ee

c

RR

RrR

e dunque dipende solo dai componenti esterni al BJT


• Inserire trasformazione in gen eq di tensione


AMPLIFICATORE AD EMETTITORE COMUNE CON RESISTENZA DI EMETTITORE

vo=vc=-ic(RC || RL)

ELE- BJT2 - 10


AMPLIFICATORE A BASE COMUNE (CB)

ELE- BJT2 - 11

ei

ei r

ivR

Se

C

s

Se

es

ee

Ce

s

e

e

o

s

ov Rr

Rv

Rrrv

riRi

vv

vv

vvA

che potrebbe anche essere grande, se il generatore di segnale è ideale (Rs → 0)

(bassa)


AMPLIFICATORE A BASE COMUNE (CB)

ELE- BJT2 - 11

e

e

i

oi i

iiiA

Co RR

(Ai,max = 1)

Avendo Ri bassa, Ro elevata e Ai=1, il CB si presta ad essere utilizzato per adattare un cattivo generatore di corrente ad un carico con impedenza elevata


AMPLIFICATORE A BASE COMUNE

ELE- BJT2 - 12


AMPLIFICATORE A COLLETTORE COMUNE (INSEGUITORE DI EMETTITORE)

ELE- BJT2 - 13


Loeb

bi Rrr

ivR 1

(regola della riflessione della resistenza)


Lo

o

bLo

oe

b

oi Rr

riRr

riiiA

11

Per un BJT ideale (ro→) il guadagno di corrente massimo è 1+


111

1

LoeS

Lo

Si

i

i

Lo

RrrRRr

RRR

RRr


s

b

b

o

s

ov v

vvv

vvA


Ro

ib

re

Rs

ro

E

C

B

Determinazione della resistenza d’uscita

Ro=ro||Rx

ro

re

Rs ib

B

C

E

Rx



111

1

1

se

se

b

sbee

b

x

x

xx

RrRriRiri

iv

ivR

1

Seoo

RrrR


re

Rs ib

B

C

Rx

vx

ixie

ib

+

-

E

(regola della riflessione della

resistenza applicata dall’emettitore)

(può essere bassa)

Avendo Ri elevata, Ro bassa e Av=1, il CC si presta ad essere utilizzato per adattare un cattivo generatore di tensione ad un carico a bassa impedenza


vs

VCC


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