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schema amplificatore classe b in configurazione push pull

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] schema amplificatore classe b in configurazione push pull

Messaggioda Foto Utentefaggio » 10 ott 2017, 19:09

amplificatore pushpull.PNG
Salve,
sono nuovamente alle prese con problemi di "linearità" dei transistori bipolari.
Nella figura risulta Vu,npn = Vi - Vbe e inoltre Vu,pnp = Vi + Veb. Viene detto che "finché Vi - Vbe >0, la tensione del segnale sarà sufficientemente alta da polarizzare il transistore npn, questo sarà in zona lineare e amplificherà."
Qualcuno saprebbe spiegarmi il perché in maniera abbastanza semplice?
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[2] Re: schema amplificatore classe b in configurazione push pul

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 10 ott 2017, 20:28

Chi lo dice? I transistor non funzionano così.

Gli NPN iniziano a condurre, quindi diciamo che entrano in linearità, non quando la base diventa più positiva dell'emettitore, non basta che sia solo più positiva, occorre che sia più positiva dell'emettitore ma di un certo valore minimo che si aggira intorno a 0.6V, quindi se ad esempio l'emettitore si trova a 2V il transistor inizia a condurre solo se la tensione della base diventa più positiva di 2.6V.

La stessa cosa vale per i PNP ma con le tensioni invertite: se l'emettitore si trova a -2V il transistor inizia a condurre solo se la tensione di base diventa più negativa di -2.6V
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[3] Re: schema amplificatore classe b in configurazione push pul

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 11 ott 2017, 9:11

Sto rileggendo quello che hai scritto, credo di aver frainteso, in effetti non abbiamo detto cose diverse.

Immagina che la tensione del segnale di ingresso sia contenuta all'interno della fascia -06V, +0.6V, in questo caso entrambi i transistor non arrivano ad accendersi, quindi nessuna corrente scorre nel carico e la tensione di uscita è nulla.

Se invece la tensione del segnale esce da quella fascia sbordando sopra e sotto, i due transistor iniziano corrispondentemente a condurre e la tensione di uscita durante la conduzione diventa diversa da 0V, cioè positiva quando conduce l'NPN e negativa quando conduce il PNP.

Tu hai scritto: "Viene detto che "finché Vi - Vbe >0, la tensione del segnale sarà sufficientemente alta da polarizzare il transistore npn, questo sarà in zona lineare e amplificherà" che corrisponde con quello che ho appena scritto io, cioè che se la tensione di uscita è positiva allora l'NPN è acceso.

Se ad esempio la tensione di ingresso è di 1V e quindi conduce l'NPN, allora quella di uscita è di 1-0.6=0.4V quindi Vi - Vbe >0 e corrisponde con quello che hai scritto tu, se invece la tensione di ingresso è di -1V allora conduce il PNP e quella di uscita è di -0.4V e in questo caso Vi - Vbe <0.

Aggiungo inoltre che la frase "Viene detto che "finché Vi - Vbe >0, la tensione del segnale sarà sufficientemente alta da polarizzare il transistore npn, questo sarà in zona lineare e amplificherà"
non mi piace come esprime il concetto perché può trarre in inganno: può lasciare intendere che vi sia una relazione causa-effetto tra tensione di uscita e tensione di ingresso quando in realtà è il contrario.

Forse andrebbe anche specificato che quell'amplificherà contenuto nella tua frase si riferisce alla corrente e non alla tensione, visto che i transistor sono collegati a collettore comune e che quindi sono degli inseguitori.

La tensione di uscita quindi insegue quella di ingresso tenendosi 0.6V al di sotto quando quella di ingresso è maggiore di +0.6V e 0.6V al di sopra quando quella di ingresso è minore di -0.6V, invece quando quella di ingresso è compresa tra -0.6V e +0.6V quella di uscita è nulla.

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[4] Re: schema amplificatore classe b in configurazione push pul

Messaggioda Foto Utentefaggio » 11 ott 2017, 18:07

Tu hai scritto nel tuo messaggio che se, ad esempio, si ha la tensione di 1 volt in ingresso l'NPN è in funzione e il PNP no. Questo è il legame che vorrei capire. Come sono legate (anche a livello di maglie) in maniera pratica la Vi con la Vbe o con qualsiasi altro parametro dei transistor che mi permetta di dire che sono in linearità o meno.
Spero di essere stato chiaro.
Grazie comunque per la risposta!!
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[5] Re: schema amplificatore classe b in configurazione push pul

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 11 ott 2017, 21:07

In effetti quello che chiedi non mi è chiaro.

Hai studiato i transistor? conosci la configurazione ad inseguitore di emettitore?

Per capire come funziona un amplificatore push-pull in classe B occorre sapere chiaramente come si comportano i transistor.
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[6] Re: schema amplificatore classe b in configurazione push pul

Messaggioda Foto UtenteMarkyMark » 11 ott 2017, 21:47

Nemmeno io sono sicuro di aver capito il dubbio, provo a rispondere.

Prendiamo il BJT npn come esempio. Il transistor è in zona attiva diretta se la giunzione BE è polarizzata direttamente e la giunzione BC è polarizzata inversamente. Tradotto in termini di tensioni dei terminali: (V_E + V_{BEon}) < V_B < V_C. V_{BEon} è la tensione di polarizzazione di una giunzione e vale circa 0.6 V. Nel tuo circuito si ha V_B = V_{IN}, per mandare il transistor in RAD la tensione di ingresso deve essere maggiore di 0.6V (giunzione BE polarizzata direttamente) mentre il limite superiore è V_{AL}=V_C (giunzione BC polarizzata inversamente). Discorso simmetrico per il BJT pnp.

Spero di aver capito correttamente la domanda.
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[7] Re: schema amplificatore classe b in configurazione push pul

Messaggioda Foto Utentegac » 11 ott 2017, 23:50

Io provo a spiegarlo così, pur consapevole che la mia spiegazione farebbe rabbrividire Ebers e Moll, disegnando il modello del circuito per ampio segnale supponendo che entrambi i transistor siano in regione attiva diretta.



I pedici n e p si riferiscono al fatto che un transistor è npn, l'altro è pnp. La tensione di uscita è indicata con A in colore blu ed è anche la tensione a cui si trovano gli emettitori di entrambi i transistor, il catodo della giunzione p-n base-emettitore del BJT npn e l'anodo della giunzione n-p base-emettitore del BJT pnp.
Supponiamo che siano entrambi in regione attiva diretta (in pratica non è così); adoperando il modello per ampio segnale si ottiene che la tensione di uscita (ovvero il potenziale A) è pari a

A=V_{out}=I_L R_L = [(\beta_n + 1)I_{B_n} - (\beta_p +1)I_{B_p}]R_L

Come puoi osservare, la corrente di uscita è combinazione lineare delle correnti di base di entrambi i transistor supposti in RAD, quindi se almeno uno dei due è in RAD si avrà una relazione lineare tra la sua corrente di base e la tensione di uscita. A questo punto bisogna capire come conducono le giunzioni p-n che costituiscono le basi di entrambi i transistori, quindi quanto valgono le correnti di base. Come dovresti sapere, la corrente di una giunzione p-n (sostanzialmente trattabile come un diodo da un punto di vista circuitale) presenta una relazione esponenziale rispetto alla differenza di potenziale tra base ed emettitore V_{BE} e che circuitalmente parlando il modello del diodo viene semplificato con una funzione a tratti, ottenendo la seguente descrizione della sua corrente

I_B
\begin{cases}
>0 & \text{se} \; V_{BE} \geq V_\gamma \\
= 0 & \text{altrimenti}
\end{cases}

Si può praticamente trattare il diodo come una resistenza variabile in funzione della tensione: se sopra il valore "di ginocchio" V_{\gamma} assume valore finito (sul mio libro di elettrotecnica addirittura valore nullo :D), se sotto si comporta approssimativamente da circuito aperto.

Il vecchio saggio insegna che nelle tecnologie tipicamente adoperate per realizzare transistor bipolari (non fa molta differenza tra npn e pnp, pertanto supponiamo che siano identiche in questo caso) e diodi al silicio, la tensione "di ginocchio" V_\gamma è mezzo volt abbondante (0.6 V ci può stare come valore numerico). A questo punto puoi capire come la tensione V_{in} operi. Quando la tensione di ingresso è tra le tensioni di ginocchio di entrambi i transistor (-V_\gamma < V_{in} <V_\gamma) nessuno dei due diodi conduce, quindi con entrambe le basi nulle non circola corrente nel carico resistivo R_L e la tensione di uscita - che coincide con quella del catodo della giunzione del npn e con l'anodo della giunzione del pnp - è nulla e resta tale finché la tensione d'ingresso resta all'interno di questo intervallo . Se V_{in} < -V_{\gamma} la giunzione base-emettitore del pnp conduce (a differenza del npn) quindi arriverà una corrente al carico (- (\beta_p +1)I_{B_p}R_L), lo stesso si può dire se V_{in} > V_{\gamma} (il contributo non nullo sarà (\beta_n +1)I_{B_n}R_L). Alla luce di quanto appena scritto, nessuno dei due transistor riuscirà a condurre simultaneamente, ma solo uno alla volta. Si può scrivere la seguente funzione lineare a tratti rispetto alle correnti di base.

A=V_{out}=
\begin{cases}
(\beta_n +1)I_{B_n}R_L & \text{se} \; V_{BE} \geq V_\gamma \\
- (\beta_p +1)I_{B_p}R_L & \text{se} \; V_{BE} \leq -V_\gamma \\
0 & \text{altrimenti} \\
\end{cases}

In entrambi i casi di conduzione esiste un percorso elettrico a impedenza finita tra ingresso e uscita descrivibile in termini di tensione in uscita come

A=V_{out}=
\begin{cases}
V_{in} - V_\gamma & \text{se} \; V_{BE} \geq V_\gamma \\
-V_{in} + V_\gamma & \text{se} \; V_{BE} \leq -V_\gamma \\
0 & \text{altrimenti} \\
\end{cases}

Anche in questo caso si osserva una linearità a tratti, stavolta rispetto alla tensione in ingresso.
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[8] Re: schema amplificatore classe b in configurazione push pul

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 12 ott 2017, 8:03

Credo non ci voglia il segno meno: nella prima è già contenuto in IB perché quando conduce il PNP IB è negativa, nella seconda la stessa cosa vale per Vin.

Le scriverei così:

A=V_{out}=
\begin{cases}
(\beta_n +1)I_{B_n}R_L & \text{se} \; V_{BE} \geq V_\gamma \\
(\beta_p +1)I_{B_p}R_L & \text{se} \; V_{BE} \leq -V_\gamma \\
0 & \text{altrimenti} \\
\end{cases}

A=V_{out}=
\begin{cases}
V_{in} - V_\gamma & \text{se} \; V_{BE} \geq V_\gamma \\
V_{in} + V_\gamma & \text{se} \; V_{BE} \leq -V_\gamma \\
0 & \text{altrimenti} \\
\end{cases}

..la seconda graficamente corrisponde proprio a questo

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[9] Re: schema amplificatore classe b in configurazione push pul

Messaggioda Foto Utentegac » 12 ott 2017, 8:49

Ho inserito il segno - perché ho supposto la corrente di carico sempre entrante in R_L, pertanto la corrente di emettitore del BJT PNP risulta ad essa opposta. Inoltre il segno - dovrebbe essere coerente con il grafico da te disegnato. Infatti la corrente I_{B_p} risulta positiva con V_{in} \leq -V_\gamma, sostanzialmente deve essere sufficientemente negativa. Quindi possiamo dire che tensione negativa implica corrente di base del PNP positiva e tensione di uscita a sua volta negativa secondo la mia equazione, garantendo così la caratteristica non-invertente tra le tensioni di ingresso ed uscita.
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[10] Re: schema amplificatore classe b in configurazione push pul

Messaggioda Foto Utentegac » 12 ott 2017, 8:54

Per la tensione negativa mi è effettivamente scappato un segno - di troppo.
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