CIRCUITI ANALOGICI Mauro Mosca - Università di Palermo – A.A. 2018-19

Polarizzazione di un BJT in un amplificatore VBB = VBE + RB IB VCC = VCE + RC IC VCE vce ? vCE

Principio di funzionamento di un amplificatore a BJT amplificazione

Principio di funzionamento di un amplificatore a FET amplificazione

Limiti di funzionamento

Analisi di amplificatori principio di sovrapposizione degli effetti A M P L I F C Z O N E analisi statica analisi dinamica calcolo tensioni e correnti di polarizzazione calcolo ampiezze tensioni e correnti variabili d’uscita cortocircuitando i generatori variabili di tensione indipendenti e aprendo i rami con generatori variabili di corrente indipendenti cortocircuitando le tensioni d’alimentazione e aprendo i rami con correnti d’alimentazione

Analisi statica: reti di polarizzazione Correnti e tensioni in un transistor NON sono indipendenti tra loro una (o più) grandezze imposte dalla rete di polarizzazione esterna le altre… VDS = VDG + VGS (FET) (equazioni di maglia) VCE = VCB + VBE (BJT) IC = IB + IE variabili indipendenti variabili dipendenti

Polarizzazione fissa di gate

Polarizzazione automatica VGS = VG – VS = – RSID 1/RS

Polarizzazione a 4 resistenze VS = VTH – VGS VTH RTH

Polarizzazione a 4 resistenze (con BJT) IB IE VBE + REIE – VTH + RTHIC/b = 0 VBE + REIE – VTH + RTHIB = 0

Polarizzazione di source ≈ 0,7 V dispersione…

Polarizzazione con generatore di corrente costante ID = IO corrente di drain indipendente da VGS = IC IO

Quale rete di polarizzazione? MOSFET ad arricchimento: per ottenere una corrente, la tensione VGS deve essere superiore a Vt (numero positivo). polarizzazione automatica G a massa S positiva polarizzazione tramite generatore di corrente costante polarizzazione a 4 resistenze

Analisi dinamica: transconduttanza di un FET 𝒊 𝒅 = 𝒈 𝒎 𝒗 𝒈 𝑺 gm 𝑔 𝑚 = 𝜇 𝐶 𝑜𝑥 𝑊 𝐿 𝑉 𝐺𝑆 − 𝑉 𝑡 VGS L

Analisi dinamica: modello equivalente di un FET G D id id vds 𝒊 𝒅 = 𝒈 𝒎 𝒗 𝒈 𝑺

Analisi dinamica: modello equivalente di un BJT ib = vbe/rp ? ib vbe

Schema generale di un amplificatore XC ≈ ∞ XC ≈ ∞

Amplificatore a source comune Ri = R1//R2 Ro = RD vi = vgs

Amplificatore a emettitore comune CS Ca1 Ca2 Ro = RD Ro = RC Ri = R1//R2 Ri ≈ rp Ri = R1//R2//rp

Amplificazione riferita alla sorgente b ib rp RL’ = RC//RL -gmRL’

Instabilità dell’amplificazione A deve essere indipendente dalle variazioni di tensione del circuito

Amplificatore a doppio carico a FET Ri = RG = R1//R2 gm = R1//R2 ≈ RL’ = RD//RL Ro = RD ... da dimostrare nella prossima slide

Amplificatore a doppio carico a FET: resistenza d’uscita gm ix vx + vgs = vg - vs = 0 – RS ∙(gm vgs) vgs = 0 Ro = RD

Amplificatore a doppio carico a BJT vedi FET amplificazione resistenza d’uscita  vx RB rp RE RL b iB B E vbe iB (1 + b) iB ix  (1+b) Ri = RB // [rp + (1 + b)RE] ≈ RB

Amplificazione e punto di riposo Come agire sulle resistenze per modificare l’amplificazione senza modificare il punto di riposo? rE1 rE2 RE

Amplificatore a drain comune: amplificazione e resistenza d’ingresso 1 Ri = R1//R2 Ri vgs = vi – RS ∙(gm vgs)  vi = (1 + gm RS) vgs Vo = Vi - VGS source follower vo = gm vgs RS

Amplificatore a drain comune: resistenza d’uscita ? vi vo 1/gm RS Ro ≈ 1/gm

Amplificatore a collettore comune (emitter follower): Av e Ro . . Ro = RE // (1/gm) ≈ 1/gm

Amplificatore a collettore comune: resistenza d’ingresso C.C. Doppio carico Ri = RB // [rp + (1 + b)(RE//RL)] ≈ RB vx RB rp RE RL// RD b iB B E vbe iB (1 + b) iB ix // RL

Emitter (source) follower Ricapitolando… CE o CS Doppio carico Emitter (source) follower A Elevata (-180°) f(gm) < A(CE) -Rx/Ry ≈ 1 in fase Ri R1//R2 (FET) rp (BJT) R1//R2 (FET e BJT) Ro RC (RD) 1/gm

Amplificatori multistadio Analisi statica Analisi dinamica stadi accoppiati o indipendenti

Amplificatori multistadio: analisi statica la tensione in questo punto dipende dalla tensione su T1 IR IB IR = IC IR = IC + IB IC meglio ancora se T2 è un MOSFET (così la corrente d’ingresso è certamente NULLA)

Amplificatori multistadio: analisi dinamica 𝐴 1 =−𝑔𝑚𝑅𝐶 𝐴 1 =− 𝑅 𝐶 // 𝑅 𝑖2 𝑅 𝐸 𝐴 1 =−𝑔𝑚 (𝑅𝐶//𝑅𝑖2) 𝐴= 𝐴 1 ⋅ 𝐴 2 ⋅…

Accoppiamento RC

Accoppiamento diretto C voluminosi per f piccole A = -40 A = -10 segnali continui o “lenti” DVi = 5 mV tipico dei circuiti integrati DVo = 2 V punti di riposo dipendenti tra loro (deriva)

Criteri di progetto (FET) Scelta del punto di riposo (ID, VGS) SPECIFICHE GENERALI: 𝐼 𝐷 =𝐾( 𝑉 𝐺𝑆 − 𝑉 𝑡 ) 2 Scelta di VDS (max dinamica...) Ampia dinamica d’uscita non molto importante perché il coefficiente di temperatura nei FET è negativo (tranne per valori di VGS molto elevati) Stabilità termica garantita da: Amplificazione stabile RD: equazione maglia d’uscita |A| = (RD // RL)/RS Distorsione minima R1 + R2 ≈ 10 MW  elevata Ri VGG (Thevenin): maglia d’ingresso VGG = VGS + RSID

Criteri di progetto (BJT) Si fissa IC Fuga termica VCE ≤ VCC /2  VCE = REIC = RCIC = VCC/3  VCE ≈ VCC/2 e VRE ≈ VCC/10 VTH e la dinamica?... Scelta R1 e R2 se IR1 troppo alta?... BYE BYE batteria! partitore “a vuoto”: IR1 ≈ IR2 = (0,1 ÷ 1)IE >> IB BYE BYE elevata Ri !