Seconda parte del corso sui circuiti elementari ed equivalenti delle principali strutture elettroniche

C IRCUITI LIMITATORI

La limitazione tra la relazione di uscita e di ingresso al di sopra di un certo valore è tipica negli amplificatori.

Questo è tipico quando vogliamo trasformare un’onda sinusoidale in onda quadra. I circuiti limitatori sono

spesso fatti con i diodi. Figura 57

Esempi di circuiti limitatori

–

C IRCUITO DI AGGANCIO CLAMP Figura 58

Il condensatore di

aggancio o di ripristino

della continua con

un’onda quadra in

ingresso e senza

carico

Stava all’interno dei vecchi televisori analogici. L’uscita è presa sul diodo e la capacità è a cavallo tra ingresso

e uscito. L’ingresso per semplicità è un’onda quadra e i valori massimi sono diversi. La tensione negativa fa

condurre il diodo. Il condensatore si carica a tensione negativa. Quando il generatore di ingresso diventa

positivo il diodo si spegne e il condensatore inizia a scaricarsi. Se il condensatore non si scaricasse l’onda

quadra viene traslata del valore negativo. Clamp: agganciare il valore minimo della tensione di uscita a 0.

Nel caso ci fosse un carico la capacità perderebbe poca carica. Il comportamento di clamp però si

manterrebbe. 29 | P a g .

Elettronica I: Circuiti Elettronici elementari

M OLTIPLICATORE DI TENSIONE DC

Sta in quasi tutti i circuiti integrati in particolare le memorie.

Figura 59

Moltiplicatore di tensione

Utilizzando due volte in cascata il clamp si ottiene una tensione con valore assoluto più grande. La prima parte

del circuito è un fissatore di livello, il catodo del diodo è in basso. Il condensatore si carica con il più al lato

positivo. Il condensatore rimane carico della tensione di picco. La parte destra del circuito è un raddrizzatore

rilevatore di picco che conduce quando la tensione è negativa. Il condensatore raggiunge il valore minimo

della tensione e ci rimane e diventa due volte la tensione di picco, che verrà in uscita.

U TILIZZO CIRCUITALE DEI TRANSISTORI

La polarizzazione è lo stato di funzionamento in tensione in continua, da cui derivano molte proprietà, in

particolare dalla corrente di polarizzazione.

T RANSISTORE BIPOLARE

Vi è un diodo tra base ed emettitore ed un generatore di corrente tra base emettitore.

Il transistore bipolare può essere complementare, in questo caso il diodo ha anodo sull’emettitore e catodo

sulla base. Dovremmo ricordarci che potenziali e correnti sono tutti ribaltati.

Figura 60

Rappresentazione grafica delle condizioni di

funzionamento del BJT in zona attiva e in zona di

saturazione

NPN la base è a potenziale più alto. La banda è molto ampia e avere tutti i valori positivi superiori a 0.2V

rispetto all’emettitore. Se si va sotto i 0.2V passiamo in zona di emettitore si passa in zona di saturazione. Il

transistore pnp si comporta in maniera analoga: il connettore deve essere polarizzato a tensioni negative, può

cambiare fino a 0.2V di sotto quindi quando passa sopra 0.2V si passa in zona di saturazione. 30 | P a g .

Elettronica I: Circuiti Elettronici elementari

E __________________________________________________________

SEMPI

E 13

SEMPIO Usiamo il circuito equivalente ad emettitore comune. Abbiamo in

ingresso un generatore di corrente. Ci sono fondamentalmente

due maglie, una di ingresso e una di uscita.

Partiamo dalla maglia di base:

= 10

=

= ln ( ) = 0.69

Usiamo la maglia di uscita: primo effetto dato dal generatore di corrente

= = 100 ∗ 10 = 1

Sulla maglia vale la legge di Kirchhoff: = +

L’unica incognita è

= − = 2

≥ 2

Tutto ciò è valido se siamo in zona attiva dobbiamo verificare che

Il che è verificato.

E 14

SEMPIO

Il transistore è connesso a due resistenze. La

base è a massa. In questo esempio particolare

la corrente è di 2Ma. Vediamo che parametri

possiamo modificare. Assumiamo il modello in

zona attiva. =

= = 0.02

C’è una divisione tra maglia di

ingresso e di uscita. La forza

elettromotrice avrà il meno in basso

e il più a massa:

= +

=

= 1+

= ln ( )

15 −

2

= = 07.07Ω

31 | P a g .

Elettronica I: Circuiti Elettronici elementari

Anche questo circuito è dotato di una maglia di uscita che ha come forza elettromotrice

totale

2 = + +

′

L’esercizio mi chiede di calcolare è 5

Quindi scegliamo un percorso che parte da 15V passa per la nostra incognita e arriva a

massa con un salto di 5V = + 5

( − 5)

= = 5Ω

Prima di continuare con gli esempi, richiamiamo l’effetto early: effetto per cui la corrente in zona attiva non è

costante ma cresce all’aumentare di . Calcoliamo la pendenza della resistenza:

=

Con la tensione di early

L’effetto

di early entra nello schema equivalente come resistenza interna del generatore controllato.

0 Figura 61

Modelli circuitali equivalenti per ampi

segnali di un BJT npn polarizzato nelle

regione attiva nella configurazione ad

emettitore comune con la resistenza 0

inclusa

In un primo momento la trascureremo.

Introduciamo un circuito particolarmente importante

C IRCUITO EQUIVALENTE LINEARIZZATO

I N ZONA ATTIVA Figura 62

Condizioni e modelli per

il funzionamento del BJT

nelle varie regioni

Scorre una corrente dentro la base, tutte le volte che il diodo è polarizzato direttamente possiamo

assumere il diodo rappresentato come generatore di tensione, che l’elettrodo positivo sulla base (per

quanto riguarda il circuito a sinistra), l’altro è il contrario.

Anche in zona di saturazione si utilizza un circuito di questo tipo. 32 | P a g .

Elettronica I: Circuiti Elettronici elementari

I N ZONA DI SATURAZIONE Figura 64

Circuito equivalente linearizzato in zona di saturazione

La caratteristica del grafico in basso ci fa vedere come è abbastanza complessa, ma noi

approssimiamo con una retta verticale la zona ad abbassamento rapido della corrente. Il

comportamento è una spezzata che entra in zona di saturazione sotto 0.2 e va in zona attiva come

una retta obliqua.

Si trasforma l’assunzione della retta verticale in un generatore di tensione a 0.2V per correnti positivo.

Questo viene adoperato sia per npn che per pnp Figura 65

Condizioni e modelli per il

funzionamento del BJT nelle varie

regioni

E __________________________________________________________

SEMPI

E 15

SEMPIO Il transistor funzionerà in tutte le zone. La corrente di base è

prodotta da un generatore di tensione aggiuntivo , che è il

= 5

parametro da determinare per avere il limite di

saturazione ed avere il transistor in saturazione.

La caratteristica del transistor riportata dipende come parametro

dalla corrente di base, il transistore inizia a lavorare in zona attiva.

Un aumento di fa alzare la pendenza.

Esaminiamo la zona attiva del transistore risolvendo

analiticamente il circuito. Sostituiamo il

circuito equivalente del transistore stesso e

approssimiamo il diodo che lavora in zona

attiva con un generatore di tensione 0.7V.

= +

( − ) 5

= = = 5

1

= = 0.05

33 | P a g .

Elettronica I: Circuiti Elettronici elementari

La tensione di alimentazione è la nostra incognita è farà passare la corrente attraverso la resistenza

più la differenza di potenziale tra base ed emettitore:

= + 0.7 = 1,2

Vogliamo sapere per quale tensione il transistore esce dalla zona attiva e va in zona di saturazione.

− 0.2

= = 9.8

= = 0.098

= + 0.7 = 0.98 + 0.7 = 1,68

Abbiamo risposto alle prime due domande, consideriamo la condizione in saturazione e non abbiamo

più il generatore di corrente controllato e le due correnti sono completamente indipendenti.

= + 0.2

− 0.2

= = 9.8

= − 0.7

− 0.7

=

>

E 16

SEMPIO

Il transistore è alimentato da una tensione positivo

10V e vi è una resistenza connessa a massa sotto

l’alimentatore. È uno stadio ad alimentazione

singola. La base è connessa a 4V. Nel circuito a

destra sono esplicitati i generatori

La procedura standard è di partire dalla maglia di

ingresso: = +

4 = 0.7 + ∗ 3,3

3,3

= = 1

3,3 = = 1

= +

Quando uso un pedice solo significa che è connesso a massa

= 10 − 4.7 = 5.3

≥ 0.2

Prima di proseguire dobbiamo vedere se il modello è giusto, dobbiamo vedere se

La tensione sull’emettitore vale: = = 3.3

= 2 > 0.2

E 17

SEMPIO

Equivalente al circuito precedente ma la tensione

sulla base è di 6V

Il transistore non riuscirà a funzionare in zona attiva.

= +

6 − 0.7

= = 1.6~