Amplificatore e filtro

[ClaudioC]

Il guadagno fisso non è un problema, quindi proverò il circuito tale e quale.

Ieri ho provato a metterlo su breadboard e tadaaann ... non funziona.
In particolare non amplifica il segnale di ingresso.
Misurando le tensioni di polarizzazione sui piedini del transistor vedo una sospetta Vbe = 0.006 V, che è ben sotto alla tensione di giunzione del transistor per la polarizzazione diretta.

Questa mattina torno in laboratorio e riprovo, testando ogni componente prima e facendo misure più accurate.
Speriamo bene.

Una volta riuscito a farlo funzionare voglio provare anche le soluzioni che mi hai descritto per stabilizzare il guadagno.
Mettendo una resistenza in serie al condensatore all'emettitore stabilizzerei il guadagno, ma lo ridurrei leggermente, è corretto o prendo un granchio ?

Ti faccio poi sapere come è andata

[Piercarlo]

I Misurando le tensioni di polarizzazione sui piedini del transistor vedo una sospetta Vbe = 0.006 V, che è ben sotto alla tensione di giunzione del transistor per la polarizzazione diretta.

Infatti... probabile transistor in corto sulla giunzione BE. Trovare le ragioni del corto esterno allo stesso nel caso il transistor, misurato da solo, dimostri invece di essere sano.

Ciao
Piercarlo

[ClaudioC]

Trovato. Proprio come dici tu Piercarlo. Transistor sano e corto esterno.

Tutto funziona bene.

Ora la sfida e' costruire o simulare l' induttore.
Per la costruzione mi sono fatto gia' i calcoli per la lunghezza e diametro.
Per la simulazione ?
Quello che ho trovato a riguardo e' solo il circuito giratore.
Il gentilissimo BrunoValente parlava di condensatori in parallelo se il Q non era alto.
Dove posso trovare indicazioni riguardo a questo ?

Grazie a tutti
ClaudioC

[Piercarlo]

Quello che ho trovato a riguardo e' solo il circuito giratore.
Il gentilissimo BrunoValente parlava di condensatori in parallelo se il Q non era alto.
Dove posso trovare indicazioni riguardo a questo ?

In un circuito RF gli induttori non si simulano ma si costruiscono. Le sue specifiche vengono tratte dai calcoli che si fanno per stabilire i valori del circuito risonante che, a loro volta, dipendono sia dalla frequenza a cui lavora il circuito stesso sia dal "Q" dello stesso che, a sua volta ancora, dipende dalle impedenze di carico su cui lavora l'amplificatore.

In pratica:

1) stabilisce le impedenze di carico su cui lavora il circuito, comprendendo in esse le impedenze di uscita del transistor.

2) definisci in rapporto a questa impedenza quella che deve avere il tuo circuito RF per ottenere un determinato Q (che sarà tanto più bassa quanto il Q massimo da ottenere è elevato

3) sulla base del valore ottenuto calcoli i valori di L e C per la frequenza di lavoro che ti interessa.

Questo in linea di massima (non sono un esperto in RF); BrunoValente saprà darti dritte più precise su come poi calcolare le caratteristiche fisiche dell'induttore e, se serve, anche su come avvolgerlo

I circuiti per simulare induttanze si usano a solo a bassa frequenza, dove gli operazionali conservano caratteristiche di lavoro decenti e dove sarebbe invece proibitivo realizzare buone induttanze avvolgendole. A un MHz, salvo casi particolari, quasi tutti gli operazionali più comuni sono ormai da buttare.

Ciao
Piercarlo

[IsidoroKZ]

Il guadagno di tensione però è affidato completamente al transistor e questo non è raccomandabile: sostituendo il transistor cambierebbe inevitabilmente il guadagno.

In realta` il guadagno e` abbastanza stabile. La ragione e` che il circuito polarizza "bene" il transistore con una corrente costante, praticamente indipendente dal transistore.

In queste condizioni la transconduttanza del transistore e` anche costante , e vale circa 330mS. Cambia con la temperatura, con la tensione di alimentazione ma e` praticamente indipendente dal transistor, perche' tutti i transistori hanno la stessa .

ClaudioC quando fai le simulazioni in AC, l'ampiezza del generatore metta di 1V: in questo modo leggendo la tensione di uscita hai direttamente il guadagno e l'amplificazione. Il circuito e` linearizzato prima di fare l'analisi, e quindi l'ampiezza del segnale non ha importanza.

[BrunoValente]

...In realta` il guadagno e` abbastanza stabile. La ragione e` che il circuito polarizza "bene" il transistore con una corrente costante, praticamente indipendente dal transistore.

In queste condizioni la transconduttanza del transistore e` anche costante , e vale circa 330mS. Cambia con la temperatura, con la tensione di alimentazione ma e` praticamente indipendente dal transistor, perche' tutti i transistori hanno la stessa .

Grazie IsidoroKZ, invece pensavo che non fosse indipendente dal transistor.
A parità di altre condizioni, con quanta precisione è veramente indipendente dal transistor? si può fare una stima?

[IsidoroKZ]

Da piccolo avevo provato a fare un circuito a singolo transistore polarizzato con le 4 solite resistenze e condensatore su RE. Poi avevo passato al vaglio un po' di transistor che mi passavano sottomano, dal BC109C con beta di molte centinaia, al 2N3055.

Non ricordo le variazioni di amplificazione, ma a una prima occhiata non erano visibili sull'oscilloscopio, e c'ero rimasto anche male . Poi avevo fatto i conti e avevo visto che l'amplificazione in tensione e` circa pari a -VRc/VT: in realta` questo e` uno upper bound, ma non si scosta di troppo.

Ci sono due classi di cause che fanno cambiare l'amplificazione da un transistore e l'altro. La prima e` che l'amplificazione dipende dalla transconduttanza e quindi dalla corrente di polarizzazione di collettore. L'amplificazione e` linearmente proporzionale alla corrente di collettore.

Cambiando transistore cambia la VBE, e quindi la tensione sulla resistenza di emettitore. Se la VBE diminuisce la tensione su RE aumenta e la corrente e quindi l'amplificazione aumenta.

Poi c'e` la variazione del beta in continua: se il beta sale, la corrente di base scende e c'e` meno caduta sulla resistenza equivalente che forma il partitore di base. La tensione di base aumenta e l
amplificazione pure.

Le variazioni di corrente di polarizzazione di collettore si possono calcolare con le sensitivities, come avevo raccontato qui.

Giusto per fare due conti in croce, con i valori del circuito in esame si ha che per le variazioni di beta, supponendo un beta di 200, si ha che per il 10% di cambiamento del beta, la corrente e quindi il guadagno cambia dello 0.95%. Non e` un valore molto buono, si puo` fare di meglio.

Per le variazioni di VBE invece si ha che per ogni 1mV di variazione della VBE la corrente di polarizzazione cambia dello 0.06%: 100mV di variazione di VBE fa cambiare il guadagno del 6%, con segno negativo: VBE sale, il guadagno scende.

Oltre a questi fattori che riguardano la polarizzazione e i suoi effetti, c'e` un'altra classe di fenomeni legati al segnale.

Al variare dell'amplificazione di corrente di piccolo segnale cambia la resistenza differenziale di ingresso rpi, che e` direttamente proporzionale al betaF. Nel circuito in questione l'impedenza di ingresso e` dalle parti di 700ohm, e con le resistenze di polarizzazione fa da partitore con la resistenza interna della sorgente. Se la sorgente e` a bassa impedenza, la partizione non cambia di molto, ma al momento non riesco a fare i conti, sono a letto con la febbre (e` una malattia, non una biondona!) e non sono molto lucido.

Infine l'ultima causa che fa cambiare l'amplificazione e` l'effetto Early, che dipende dal transistore (VA) e dalla corrente di bias: la resistenza r0 va in parallelo alla resistenza di carico. Anche qui non dovrebbero esserci troppi problemi perche' con una VA di svariate decine di volt si ha una ro dell'ordine di parecchi kiloohm. che va in parallelo al carico e abbassa il guadagno massimo.

Al momento non mi vengono in mente altre cause di variazione del guadagno, spero di non aver detto troppe fesserie, ma DirtyDeeds sicuramente vigila :)

[BrunoValente]

Grazie ancora IsidoroKZ,
le tue lezioni sono sempre un piacere.
Riguardati!

[ClaudioC]

Da parte mia sono contento del fatto che un progettino apparentemente banale offra così tanti spunti di discussione.
Ad ogni risposta sul post corro a guardare sul libro su cui studio per vedere se mi è sfuggito qualcosa o ho malinterpretato dei paragrafi.
Peccato per il momento non avere a disposizione un piccolo laboratorio domesitico su cui verificare il tutto in tempo reale.

[ClaudioC]

Ora che ho realizzato questo piccolo amplificatore, vorrei porre delle domande a riguardo in maniera tale da capirne meglio l'utilizzo e l'interconnessione con altri componenti.

1) Resistenza di uscita ed impedenza di carico.

La conduttanza di uscita di un amplificatore ad emettitore comune è data da . Sul datasheet del componente posso trovare hfe. In generale so che hoe è dell'ordine di 10^4 ohm.
Ma come posso ricavare gli altri parametri ?

Supponiamo poi che voglia connettere l'amplificatore ad un oscilloscopio.
La sonda, costituita dal parallelo di resistore e condensatore, dovrebbe costituire la mia impedenza di carico, giusto ?

2) Nel circuitino in esame ho preso una Vcc a piacere pari a 10V. Per un segnale in uscita di 2 Vpp, questa Vcc è opportuna o troppo elevata ?

3) Volendo connettere l'amplificatore ad un uprocessore mi trovo con l'esigenza di variare l'offset di uscita del dispositivo (supponendo che la tensione massima di ingresso sul uP sia di 3.3 V). Come posso fare ?

Spero di non aver esagerato con le domande
ClaudioC.