Appunti Elettronica 2

Transistor: BJT

BJT = Bipolar Junction Transistor

Attenzione:

In questi appunti si suppone la conoscenza di elettronica 1:

• diodi
• funzionamento fisico BJT
• risoluzione di semplici circuiti a BJT

Schema di un amplificatore

V_out = A V_in = A V_s → Guadagno A (ideale)

I_in = ^V_s/_{Rs + Rin}

V_in = ^{V_s R_in}/_{Rs + Rin}

I_out = A V_in

V_out = A V_in ^R_load/_{Rload + Rout}

V_out = ^R_in/_{Rin + Rs} · ^R_load/_{Rload + Rout} A V_s

Guadagno reale Ar

Ar = A

Dipenderà dalla sorgente e dal carico

• R_in ≤ 1 → R_in >> R_s
• R_load / (R_load + R_out) ≤ 1 → R_out << R_load

Affinché il rapporto sia ≈ 1

Ar ≈ A

Cosa rappresentano R_in e R_out?

• Sono rispettivamente la resistenza di ingresso e di uscita dell’amplificatore
• Sono parametri che si riferiscono al comportamento al segnale

R_in = (∂v_in / ∂i_in)_v ; R_out = (∂v_out / ∂i_out)

Attenzione: calcolo R_out

1. Scollegare il carico
2. Annullare segnale in ingresso
3. R_out = (∂v_out / ∂i_out)

I_C = βF I_BV_CE = V_CC - R_C I_C (≥ 0,3 V)

Come fare per ottenere valori negativi in uscita?

Alimentazione duale

Risolvere per esercizio:Procedimento analogo al precedente.Prestare attenzione alla batteria da -12 V sull'emettitore.

Supponiamo questi dati:V_IN = 0 ÷ 12

Sarebbe comodo avere una transcaratteristica che passa per l'origine in modo da avere 0 V in uscita in presenza di 9 V in ingresso.

Come fare?

Basta spostare il punto in -7,7 V nell'origine.Per farlo si aggiungere in serie a V_IN una batteria di valore pari a -7,7 V:

(☉) 12 V

β_o = β_F ???

β_F = δ I_C / δ V_BE

β_o = -i_c / -i_b è il valore istantaneo del β_F,

Nella realtà β_F è un parametro fortemente variabile,

si deve cercare di rendere il circuito indipendente dal β_F. Vedremo come fare in seguito.

Esempio circuito

DC (attiva diretta)

Nell'analisi in DC il segnale non si considera.

Si ricava:

V_CB V_out I_B I_C I_E

^{IC_Q per ricavare g_m}

AC

In AC i segnali costanti non compaiono:

V_CC = 0 → e.c.

V_O = 0 → e.c.

Si ricava:

S_cc S_out i_c i_n

A_Vo = S_out / S_S

i_out = i_c

i_in = i_b

A_i = ^i_out⁄_iin = ^i_c⁄_ib = β_F

r_out = ?

1) Scollegare il carico

2) Annullare gli ingressi

3) r_out = ^v_out⁄_iout

i₀ = 0 ⟹ i_out = 0 ⟹ v_out = v_out

r_out = ^v_out⁄₀ = ∞

r_out = ∞ Cerca da dove deriva!

Torniamo all’espressione del guadagno

A_v = - ^{R_C β₀}⁄_{rii + RB}

In realtà è un’espressione ideale, capiamo perché

Dipendenza dall’effetto Early

I_C = β_F I_B

i_c = β_F i_b + β₀ i_b

β_F = 100

I_C [mA]

I_B = 0,5 mA

1) I_C1 = I_B β_F + I_{C early} (V_CE1)

2) I_C2 = I_B β_F + I_{C early} (V_CE2)

ΔI_C = β_F ΔI_B + r_o⁻¹ ΔV_CE

Come rendere ΔV_CE = 0?

Attenzione:

Non bisogna annullare V_CE →

ciò causerebbe il funzionamento in un'altra regione diversa dalla attiva diretta in quanto V_CE = 0 < 0,3 V!!!

Ma le sue variazioni: ΔV_CE

Per farlo aggiungo una capacità:

In continua C si comporterà come un circuito aperto.

In presenza di variazioni:

i_C(t) = C d(v_CE(t))/dt

Si sceglierà un valore di C opportuno.

Più la tensione varia in modo brusco, più i_C aumenta (corto circuito).

Il condensatore fa da c.c. alle variazioni di V_CE.

^{β_F = ΔI_C}/_ΔIB |_{VCE = costante}

Ecco perché si dice che β_F è il guadagno di corrente a emettitore comune al cortocircuito!!

↻ V_CC

SE STACCO IL CELLULARE LA MAGLIA DI INGRESSO RIMANE

APERTA → CUT-OFF (INTERDIZIONE → IB = IC = Ø)

E V_out = VCC (V_out = VCC - RCIC MA SE IC = 0 ...)

IL SEGNALE INFLUENZA LA POLARIZZAZIONE PERCHÉ È

PARTE INTEGRANTE DELLA MAGLIA DI INGRESSO !!

MIGLIORAMENTO DEL CIRCUITO

C È DIMENSIONATO IN MODO TALE CHE LA SUA REATTANZA ALLE

FREQUENZE DEL SEGNALE SIA TRASCURABILE.

X_C = 1 / WC

IN DC IL CONDENSATORE È UN CIRCUITO APERTO QUINDI

LA RESISTENZA DI SORGENTE DI S_s NON COMPARE NEL

CIRCUITO EQUIVALENTE IN DC (COME INVECE ACCADEVA PRIMA).

EQUIVALENTE DI THEVENIN

I_RC = I_C1 + I_B1 + I_B2 = I_B(β_F + 2) → V_RC = R_C[I_B(β_F+2)]

V_BE1 + R_CI_B(β_F+2) = V_CC → I_B =

V_CC - V_BE1R_C(β_F+2)

I_OUT =V_CC - V_BE1R_C

se β_F >> 2

β_F = β_Fβ_F+2 ≈ 1

T₁ IN QUESTO CIRCUITO FUNZIONA COME SUPERDIODO

BJT COME DIODO

BJT COME SUPERDIODO

La curva del superdiodo è molto più pendente.

Una variazione di corrente varia la tensione di pochissimo.Riferimento stabile!

Riepilogo

Voglio creare un generatore di corrente.So che il BJT è un generatore di corrente (controllato).Il "controllo" è il superdiodo T₁.

Av. → 1!?

Calcolo r_out:

i_x = i_RE - i_RE = V_x - (β_o+1) i_b

V_x + r_i i_b + R_B i_b = 0

i_b = _Vx / ^{r_i + R_B}

i_x = _Vx / ^R_E + _{(βo+1) Vx} / ^{r_i + R_B}

r_out = (₁ / ^R_E + _βo+1 / ^{r_i + R_B})^-1 → r_out = R_E // _{ri + RB} / ^β_o+1

Resistenza di uscita molto bassa

Questo circuito si chiama emitter follower.

Ma a cosa serve? A_v ≈ 1 ???

Problema