Circuiti equivalenti per piccoli segnali

[IsidoroKZ]

Quelle che seguono sono idee in liberta`, a proposito dei modelli dei transistori. Sono stato stimolato da RenzoDF a scriverele sul forum, quindi e` colpa sua :) Tralascio, almeno per il momento, cosa voglia dire fare un modello di piccolo segnale, quali siano i suoi limiti di validita`, le sue approssimazioni. Voglio solo ricordare una frase che ho sentito in un'aula di una universita` americana: "confondere il modello con la realta` e` come andare al ristorante e mangiare il menu invece che il cibo". Facendo un po' di ricerche, credo che questa frase sia da attribuire a un ingegnere toscano.

C'erano una volta i parametri ibridi, parametri h, inventati per descrivere dei doppi bipoli. Altri set di parametri per la descrizione dei doppi bipoli sono i parametri z, y, abcd, immagine, s e chi piu` ne ha piu` ne metta. Tutti questi hanno in comune un paio di caratteristiche: descrivono un quadripolo come black box, senza preoccuparsi di che cosa c'e` dentro.
L'altra cosa in comune e` che devono essere misurati per sapere quanto valgono.

Per i BJT in bassa frequenza i parametri h sono stati normalmente riferiti alla configurazione ad emettitore comune, con i nomi di hie, hfe, hoe e hre. La seconda lettera del pedice indica la configurazione, qual e` l'elettrodo comune.

Le varie tecniche di calcolo si sviluppano e perfezionano con l'uso, ma non e` detto che partano subito nella direzione giusta. E sfortunatamente (secondo la mia opinione) nel caso dei parametri h e` andata cosi` :). Quello che e` capitato e` che per le varie configurazioni sono stati definiti degli altri set di parametri h per la configurazione a collettore comune e base comune (hic, hfc, hoc, hrc e hib, hfb, hob,hrb). Il vantaggio che si voleva ottenere era di usare sempre lo stesso schema di modello, cambiando solo i valori dei parametri. Le formule per passare da un set di parametri a un altro occupavano due pagine sui libri ed erano completamente incomprensibili. Sono ancora shockato adesso, dalla prima volta che le ho viste, ed ero ancora in liceo.

L'uso dei parametri ibridi ha dato origine ad almeno tre idee non troppo corrette. La prima e` che il transistore, a seconda di come e` collegato, abbia un modello diverso, e che si faccia peccato mortale a non usare il modello corrispondente alla configurazione.

La seconda idea non troppo corretta e` stata di dare una importanza esagerata al parametro hfe, parente del beta e dell'hFE, come parametro importante che descrive il guadagno dello stadio a transistore (notare che ho detto stadio, non dipositivo).

Infine la terza brutta idea a cui ha dato origine e` che se un deus ex machina non dice quali sono i valori di questi parametri (in effetti sono misure), si puo` solo stare a contemplare il circuito, senza poter fare nessun calcolo.

Il mio primo libro di elettronica all'universita` (il mitico Millman nero) aveva un approccio di questo genere, producendo generazioni di studenti che credevano che l'hie valesse sempre 1.1 kohm :). Quasi 40 anni dopo su questo libro, pubblicato nel 2008, pagina 359, si trova l'identica tabella.

Ricordo l'illuminazione che ho avuto quando il mio prof di elettronica mi aveva detto "ma il transistore mica lo sa in che configurazione e` messo". Un grande prof (non per nulla amico di Malesani :))

Inoltre tutti i testi che ho visto, glissano elegantemente sull'utilizzo dei parametri h per il calcolo in frequenza.
I parametri h, come dice un mio amico, sono da elettricista, da blackbox. Si possono misurare anche per un gatto :) prendendo come porte di ingresso e uscita le zampe anteriori e quelle posteriori. Beh, per un gatto non proprio, ma per un umano lo si fa, su quelle bilance con maniglie che misurano la massa grassa!

Secondo me, al posto di usare un modello per ogni configurazione, e` molto meglio usare un solo modello, che vale per il transistore, e poi "immergerlo" nel circuito nelle varie configurazioni. Dopo di che, per sapere la impedenza vista guardando nella base, la regola e` sempre la stessa: tutto quello che c'e` sull'emettitore moltiplicato per hfe+1, piu` la resistenza base emettitore (quella che si chiamava hie).

Una persona che usi il modello di piccolo segnale dovrebbe anche sapere cosa c'e` dentro al transistore. In particolare che puo` essere modellato con una transconduttanza, che e` l'elemento che amplifica. Il valore della gm dipende da Ic (non e` la corrente di coda del gatto di prima :)) e quindi in presenza di un circuito "nuovo" si puo` calcolare ragionevolmente bene la polarizzazione e trovare il valore di gm. Usare il modello a pi greco rende (anche solo psicologicamente) meno dipendenti dall'avere qualcuno che dica quanto vale hfe, hie...

Quello che voglio dire e` che preferisco sempre un modello che derivi dalla fisica del dispositivo, e un modello unico senza preoccuparsi delle configurazioni.

[belva87]

Ho letto solo ora ma, concordo in tutto!