Elettronica analogica - Simulazione SPICE di circuiti amplificatori a BJT

ESERCITAZIONI DI ELETTRONICA I

. Esercitazione n.2

Simulazione SPICE di circuiti amplificatori a BJT.

Nel corso di questa esercitazione useremo il transistore identificato dalla sigla Q2N2222 disponibile

nella libreria di SPICE.

Tracciamento delle caratteristiche di uscita

Per prima cosa usiamo il simulatore per tracciare le caratteristiche di uscita del BJT in modo da

individuare il campo di valori di funzionamento per le tensioni e le correnti del transistore e per

individuare in particolare la regione attiva di funzionamento. Per fare ciò si può utilizzare il circuito

riportato di seguito

Per poter tracciare la famiglia di curve che rappresenta le caratteristiche di uscita di Q1 è

necessario, per ogni valore della corrente di base I1, far variare la tensione Vce data da V1. Per fare

questo si imposta nel menu set-up il comando dc sweep

Cliccando su DC sweep appare la finestra:

In questa finestra si impostano i valori che

deve assumere la variabile principale, in

questo caso la tensione del generatore V1 che

coincide con Vce.

Per ottenere che la scansione di Vce avvenga

per determinati, fissati valori di ib, bisogna

attivare la funzione “Nested sweep” che si

trova in basso a sinistra nella finestra.

Appare così la finestra:

In questo menu si settano i valori della

variabile secondaria. In questo caso i1 viene

fatta variare da 2 uA a 10 uA con passo 2uA.

Per ognuno di questi valori, che

rappresentano i valori della corrente di base,

avviene lo sweep della tensione Vce una volta

che sia stata abilitata la funzione tramite il

tasto “Enable Nested Sweep” in basso a

destra nella finestra.

Una volta salvato il circuito e creata la netlist

si può far partire l’analisi.

Nel grafico di uscita sarà quindi possibile

visualizzare la corrente di collettore del BJT

Ic(Q1) in funzione della Vce.

Dimensionamento della rete di polarizzazione

Note le caratteristiche grafiche del BJT è possibile dimensionare una rete di polarizzazione che porti

il BJT a lavorare al centro della zona attiva.

Utilizzando un circuito di polarizzazione a quattro resistori come quello di figura si calcolino i

valori dell’alimentazione e della rete resistiva per avere la corrente di emettitore scelta

Una volta dimensionata la rete resistiva è possibile verificare che la corrente di emettitore circolante

sia proprio quella scelta abilitando nel set up la funzione Bias Point Detail; in questo modo spice

calcola il punto di lavoro statico. Una volta fatta l’analisi il risultato si trova nel file di uscita di testo

cui si accede dalla finestra grafica cliccando sul tasto “view simulation output file”

Se la corrente di collettore che si legge in questo file non coincide con quella di progetto

significa che si sono usate approssimazioni errate nel calcolo delle resistenze e bisogna ripetere il

dimensionamento.

Funzionamento da amplificatore:

Una volta che ci sia assicurati che il BJT è ben polarizzato si può cominciare a studiare il

funzionamento da amplificatore. Al circuito precedente bisogna aggiungere il segnale d’ingresso

come in figura:

Il generatore è questa volta di tipo VSIN. Per impostarne i parametri, si fa doppio clic su di esso.

Nella finestra che appare bisogna impostare il valore di

VAMP che rappresenta l’ampiezza della sinusoide,

un valore adatto è 1mV.

Bisogna poi impostare la frequenza, questa deve essere

abbastanza alta perché i condensatori di

disaccoppiamento si comportino come cc.

Con C=1uF va bene una frequenza di 10kHz

E’ interessante verificare cosa ne è del punto di funzionamento statico se non si mette il

condensatore. Si noti che per la resistenza serie del generatore è stato scelto un valore molto basso

perché in questo momento non vogliamo tenerne conto.

A questo punto si può fare un’analisi in transiente per vedere come evolve l’uscita, presa su R15 in

funzione dell’ingresso. Visualizzando il segnale di uscita e di ingresso si può calcolare

immediatamente l’amplificazione di tensione.

Il risultato dovrebbe essere un tensione di uscita molto bassa: Spiegare perché anche analiticamente.

Successivamente si può inserire un altro condensatore di disaccoppiamento che porta a massa

l’emettitore. Si ripeta l’analisi e si spieghino i risultati.

Si può poi vedere cosa succede al crescere dell’ampiezza del segnale di ingresso. Anche in questo

caso si spighino i risultati.