Elettronica analogica

AMPLIFICATORI

Dunque questa tipologia di amplificatore prende il nome di BUFFER DI CORRENTE ed è caratterizzato da:

• Guadagno di corrente pari ad uno, ovvero pari al valore dell'ALFA del transistor, dunque questa tipologia di amplificatore non è valido per il trasporto di potenza, ma serve come componente per aumentare la tensione e non far variare in alcun modo la corrente;
• Questo circuito ha una piccola resistenza di ingresso e una grande resistenza di uscita nell'ordine dei kiloOHM.

AMPLIFICATORE A COLLETTORE COMUNE

Vogliamo in primis ricavare il valore di tensione di uscita che dunque deve essere calcolata sulla resistenza in ingresso posta sull'emettitore:

Mentre per il calcolo della tensione Vs dobbiamo scrivere:

Calcoliamo il guadagno in tensione di questo circuito:

È evidente che il guadagno in tensione di questa tipologia di circuito è minore rispetto all'unità, dunque non si comporta in modo

ottimalenell'amplificazione della tensione. Viceversa si comporta in modo ottimalenell'amplificazione della corrente, dato che il guadagno in corrente delcollettore comune è BETA, dunque un valore molto alto.

AMPLIFICATORICALCOLO DI Rin e Rout

Partiamo dal calcolo della resistenza in ingresso, che sarà data da Vx/Ix :

Il risultato ottenuto è la REGOLA DI RIFLESSIONE DELLA RESISTENZA DI EMITTORE IN BASE, ovvero la resistenza di ingresso vista da un collettore comune è pari a BETAvolte la resistenza di ingresso della configurazione ad emettitore comune. Ovvero si moltiplica la resistenza presente sull'emettitore, per il fattore moltiplicativoBETA+1.

Passiamo ora al calcolo della resistenza in uscita:

Come puoi osservare la resistenza in ingresso è molto grande mentre la resistenza in uscita è molto piccola, questo vuol dire che questa tipologia di circuito deve essereutilizzata principalmente per ottenere un amplificatore di corrente.

mentre per la tensione esso ha un guadagno pari praticamente ad 1 pertanto esso viene detto BUFFER DI TENSIONE. AMPLIFICATORI RIASUNTORI RISPOSTA IN FREQUENZA

Per valutare la risposta in bassa frequenza di un circuito amplificatore è presente un metodo detto delle COSTANTI DI TEMPO IN CORTO CIRCUITO, che ci permette di analizzare il circuito e determinare quale sia la costante di tempo dominante e dunque la FREQUENZA DI TAGLIO INFERIORE associata a tale circuito:

• Questo metodo si basa sulla valutazione, in maniera alternata, della resistenza vista ai capi di ciascun condensatore quando tutti gli altri condensatori sono visti come dei corto-circuito e tutti i generatori indipendenti annullati.
• Una volta calcolate le singole resistenze ai capi dei condensatori, allora si valuta la costante di tempo dei condensatori che sappiamo essere data dal prodotto della resistenza vista ai capi per il valore della resistenza stessa, tutto questo a denominatore.

• Si spengono tutti i generatori indipendenti, con il loro equivalente circuitale, poi si valutano in modo alternato i condensatori valutando il valore della resistenza vista ai capi del relativo condensatore. Ricorda che qui stai prendendo in considerazione i condensatori interni al transistor.
• Alla fine di questo processo, qualora non fosse presente una valore dominante come costante di tempo, dovrai semplicemente sommare tutte le costanti di tempo e fare il reciproco.

in modo tale da ottenere la frequenza angolare di taglio del nostro circuito.

RISPOSTA IN FREQUENZA

RISPOSTA IN BASSA FREQUENZA DELL'AMPLIFICATORE AD EMETTITORE COMUNE

RISPOSTA IN FREQUENZA

RISPOSTA IN ALTA FREQUENZA DELL'AMPLIFICATORE AD EMETTITORE COMUNE

Per l'analisi di questo circuito è necessario riferirsi al TEOREMA DI MILLER il quale ci permette di trasformare il componente che fa da ponte tra i due rami del circuito in due impedenze differenti. In particolare valgono le seguenti relazioni:

Volendo riportare il tutto al nostro circuito di riferimento avremo

RISPOSTA IN FREQUENZA

Dall'analisi di questo circuito equivalente in cui abbiamo inserito le due nuove capacità sopra scritte, imponendo il metodo delle costanti di tempo in circuito aperto avremo le due seguenti costanti di tempo:

L'effetto legato alla presenza del componente di ponte determina che la banda passante dell'emettitore comune risulta essere molto più stretta

Rispetto ad esempio allabanda passante del circuito amplificatore a base comune, che non soffre di quello che chiamiamo normalmente EFFETTO MILLER.

RISPOSTA IN ALTA FREQUENZA DELL'amplificatore a base comune

Il circuito di riferimento è il seguente:

Dunque otteniamo CONSIDERAZIONI FINALI

RISPOSTA IN FREQUENZA L'amplificatore a collettore comune risulta

RISPOSTA IN ALTA FREQUENZA DELL'amplificatore a collettore comune essere l'amplificatore con il guadagno in tensione più basso, ricordiamo inferiore all'unità, d'altro canto però esso ha la banda passante più ampia, perché la sua frequenza di taglio è la più grande di tutte e tre le configurazioni analizzate.

- GUADAGNO IN TENSIONE BASSO

- GUADAGNO IN CORRENTE ALTO

- BANDA PASSANTE MOLTO GRANDE

CON FREQUENZA DI TAGLIO SUPERIORE MOLTO GRANDE

Vogliamo imporre un ragionamento differente e dunque valutiamo l'impedenza Zx come l'impedenza data dalla serie

dell’impedenza del condensatore Cpi , a cui va applicato la legge di riflessione della resistenza di emettitore in base generalizzata al caso complesso, e la resistenza di load in cui confluiscono r0, Re e RL, dunque avremo:

Se poi trascuriamo il valore di Rl* che è in serie con il cappio sopra posto tra resistore e condensatore, avremo un errore trascurabile e dunque possiamo scrivere che il sistema ottenuto è un sistema con un solo polo e ci basterà calcolare l’unica costante di tempo associata a questo sistema:

RISPOSTA IN FREQUENZA

MOSFET

Il MOSFET è un dispositivo elettronico formato principalmente dalla struttura in figura:

Dove l’inizio dell’acronimo sta per METALLO, OSSIDO, SEMICONDUTTORE, che impersonifica la parte centrale della struttura del MOSFET. Per comodità poniamo che i due terminali di Source e Body siano allo stesso potenziale e assumiamo che il terminale di Source come riferimento per le tensioni che andremo ad applicare.

• Nella regione di triodo la relazione è di tipo lineare, poiché rappresentata da una retta, ma in realtà quella retta non approssima perfettamente il comportamento, perché la curva dovrebbe essere una parabola che addolcisce i suoi valori in prossimità della TENSIONE DI OVER-DRIVE, ovvero della differenza tra Vgs e la tensione di soglia del MOSFET.
• Nella regione di saturazione l'andamento si presuppone costante, ovvero per variazioni di Vds, la retta è comunque costante, anche per valori di Vds che superano la tensione di over-drive. Avremo dunque la seguente espressione analitica:

Ma per completare il problema associato al MOSFET è necessario introdurre delle equazioni aggiuntive che ci dicono che...

L'unica corrente di interesse è la corrente di DRAIN, in quanto la corrente di GATE è nulla per la presenza dell'isolante, mentre la corrente di SOURCE è uguale in modulo alla corrente di DRAIN e varia il segno a causa dell'opposizione del verso della corrente di SOURCE. Introduciamo dunque le seguenti equazioni:

Inoltre possiamo ricavare la curva che demarca il confine tra le due zone di funzionamento del diodo, sostituendo nella equazione della regione di saturazione la relazione che sussiste tra Vgs, Vds, Vth, dunque avremo:

Per quanto concerne la costante K essa dipende dalla geometria del canale e da diversi aspetti fisici legati alla creazione della regione di canale.

MOSFET Il funzionamento di questa tipologia di MOSFET è del tutto equivalente a quello già mostrato in precedenza con l'eccezione che in questo caso MOSFET A SVUOTAMENTO quando applichiamo una tensione Vgs pari a zero avremo comunque il passaggio di corrente dal SOURCE al DRAIN.