polarizzazione del bjt - unirc.it · polarizzazione del transistor per rendere g m indipendente dal...
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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
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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
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circuito di principiocircuito con polarizzazione
del collettore
0.7B
VIR
l’uso di due generatori DC non è però conveniente
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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 !!!
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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www.electronics-ab.com/downloads/cnt/fclick.php?fid=513
SPICE per VISTA (student version)
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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
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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
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AMPLIFICATORE AD EMETTITORE COMUNE CON RESISTENZA DI EMETTITORE
vo=vc=-ic(RC || RL)
ELE- BJT2 - 10
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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)
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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
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AMPLIFICATORE A COLLETTORE COMUNE (INSEGUITORE DI EMETTITORE)
ELE- BJT2 - 13
Elettronica I - A.A. 2010/2011ELE- BJT2 - 14
Loeb
bi Rrr
ivR 1
(regola della riflessione della resistenza)
AMPLIFICATORE A COLLETTORE COMUNE (INSEGUITORE DI EMETTITORE)
Lo
o
bLo
oe
b
oi Rr
riRr
riiiA
11
Per un BJT ideale (ro→) il guadagno di corrente massimo è 1+
Elettronica I - A.A. 2010/2011ELE- BJT2 - 14
111
1
LoeS
Lo
Si
i
i
Lo
RrrRRr
RRR
RRr
AMPLIFICATORE A COLLETTORE COMUNE (INSEGUITORE DI EMETTITORE)
s
b
b
o
s
ov v
vvv
vvA
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Ro
ib
re
Rs
ro
E
C
B
Determinazione della resistenza d’uscita
Ro=ro||Rx
ro
re
Rs ib
B
C
E
Rx
AMPLIFICATORE A COLLETTORE COMUNE (INSEGUITORE DI EMETTITORE)
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111
1
1
se
se
b
sbee
b
x
x
xx
RrRriRiri
iv
ivR
1
Seoo
RrrR
AMPLIFICATORE A COLLETTORE COMUNE (INSEGUITORE DI EMETTITORE)
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