Esperienza n 8: AMPLIFICATORE

Laboratorio IV Esperienza n 8: AMPLIFICATORE 1

1

Esperienza n 8: AMPLIFICATORE

Il più semplice amplificatore ad un transistor ad emettitore comune è presentato in fig. 1

Fig. 1 Amplificatore ad un transistor ad emettitore comune Una tensione positiva applicata all’ingresso genera una corrente Ib.

Sul collettore passa una corrente Ic = Ibββββ^f (avendo definito β^F il rapporto fra la corrente di collettore e quella di base).

La tensione di collettore Vc che è chiamata anche Vout diventa:

Vout = Vcc – Vr = Vcc – IcRc = Vcc - Ibββββ^FRc

Una tensione negativa applicata all’ingresso non provoca nessuna corrente dentro la base (giunzione polarizzata inversamente) quindi Ic = 0 e Vout = Vcc.

Per amplificare sia la parte positiva che negativa di una tensione sinusoidale è necessario sovrapporre una componente continua in modo che il transistor sia sempre in Vin

Vbb

t

Vcc Vout

Fig.2 Forme d’onda della tensione di ingresso Vin e tensione di uscita Vout

.

12V Vcc Ib

Vin

Vr

.

TIP

.

Ic

Ri

4.7k Vou

.

Rc 46

Laboratorio IV Esperienza n 8: AMPLIFICATORE 2

2 conduzione.

La fig.2 è rappresenta una tensione Vin composta da una tensione continua Vbb sommata ad una tensione sinusoidale. Nella parte in giallo si può notare che la tensione diventa negativa e la corrente Ib diventa zero, il transistor non può condurre e la tensione Vout è uguale a Vcc; il transistor si dice interdetto.

Nelle zona verde, la tensione Vin è molto elevata, passa molta corrente dentro la base, quindi molta corrente sul collettore, e la tensione Vout = Vcc – IcRc, diventa piccola, ma non può diventare minore di zero, perché l’alimentatore non fornisce tensioni negative; il transistor si dice saturo.

Gli stati di funzionamento non lineare: transistor saturo ed interdetto sono usati nei circuiti logici (circuiti dei calcolatori) per ottenere i livelli logici 0 oppure 1.

Per amplificare una sinusoide senza deformarla, si deve mandare all’ingresso dell’amplificatore una tensione vi composta anche da una parte continua:

vi = Vbb + Vssenωωt ωω con Vbb > Vs

usando il modello del transistor, come illustrato nell’esp.12 con Rb = 0 e V_σσσσ al posto di V_γγγγ si ottiene:

i s bb

b R

t sen V V

i = V − σσσσ + ωωωω

che a sua volta moltiplicata per ββββ^f fornisce la corrente di collettore.

La tensione Vce = Vout diventa:

[[[[ ]]]]

i c s

bb cc

out R

t R sen V V V V

V ==== −−−− −−−− σσσσ ++++ ωωωω ββββ

La tensione, che rappresenta il nostro segnale, Vssenωωtωω risulta essere amplificata di una quantità Rcββββ^f/Ri.

Non volendo usare il modello sviluppato nell’esperienza n. 12, si può seguire la via grafica per visualizzare il funzionamento dell’amplificatore ed anche per ricavare un altro parametro importante del transistor:

t cos

VCE

b c 0

fe I

h I

∆∆∆∆ ====

==== ∆∆∆∆

ββββ

====

Questa quantità è utile se i segnali da amplificare sono piccoli, allora nel modello sviluppato si può sostituire a β^f l’amplificazione ββββ⁰ che risulta essere più realistica.

La fig.3 rappresenta le caratteristiche Ic - Vce ricavate nell’esp. 12.

La retta che unisce i punti Vcc ed Icc è chiamata retta di carico e si ricava scrivendo l’equazione della maglia di collettore:

Vcc = Vce + RcIc 1)

Laboratorio IV Esperienza n 8: AMPLIFICATORE 3

3

I punti Vcc e Icc (Icc = Vcc / Rc) rappresentano rispettivamente il transistor interdetto ed il transistor in cortocircuito. Se il transistor conduce deve essere soddisfatta la 1) quindi il punto di funzionamento del transistor deve stare sulla retta di carico.

Icc mA 250

Ic 600µA Ib

200

500µA

150 400µA Issenωt (segnale)

t

300µA 100

200 µA

Ib costante

50 100µA

2 4 6 8 10 12 V Vce

Vce costante Vs

segnale amplificato

t

Fig. 3 Costruzione grafica dell’amplificazione

In fig. 3 è presentato il meccanismo di amplificazione dell’amplificatore di fig. 1:

Il segnale di corrente con sovrapposta una corrente continua viene mandato dentro alla base del transistor, si genera una corrente di collettore che diventa una tensione ai capi della resistenza e Vce risulta quindi sfasata di 180° rispetto alla corrente di base.

Modo di procedere

Dopo aver montato il circuito sull’apposita basetta, collegare all’ingresso dell’

amplificatore il generatore di funzione impostato in modo che generi una tensione continua. Per questo scopo si deve usare la manopola di “off-set”. La tensione continua

Laboratorio IV Esperienza n 8: AMPLIFICATORE 4

4

deve essere tale che generarando nella base del transistor una corrente Ib costante, si abbia Vce = 6V, come da fig. 3. Questo è il punto di funzionamento del transistor.

- Sovrapporre a questa tensione un’onda quadra molto piccola (ciò equivale a dare degli incrementi ad Ib) e ricavare con misure eseguite con l’oscilloscopio l’incremento Ic:

i i

b R

I ==== ∆∆∆∆V

∆∆∆∆

c ce

c R

I ==== ∆∆∆∆V

∆∆∆∆

dal rapporto fra queste due quantità si ottiene ββββ⁰

V 6 b Vce c

0 I

I

∆∆∆∆ ====

==== ∆∆∆∆

ββββ

- Applicare un segnale sinusoidale e dal rapporto fra Vin e Vs letti sull’oscilloscopio calcolare l’amplificazione in tensione del segnale:

Vin A_V ==== Vs

osservare la deformazione della tensione sinusoidale, ed eventualmente usando l’oscilloscopio digitale che può eseguire la “fast fourier tranformer” determinare la creazione delle armoniche che denotano la distorsione del segnale amplificato.

- Collegare in serie alla resistenza Rc un altoparlante e, mandando segnali, di frequenza di circa 1kHz, sentire il suono che si genera.

- Sostituire la Rc con una lampadina (usata nel ciclo di Isteresi) e, facendo lavorare il transistor in saturazione ed interdizione, osservare che la lampadina si accende e si spegne.