ELEMANIA
BJT - Amplificatore di tensione 4
Dipendenza dal ß della polarizzazione

Si è detto che il circuito di amplificazione studiato nei paragrafi precedenti presenta lo svantaggio di avere una polarizzazione che dipende fortemente dal ß del BJT. Vediamo meglio cosa significa tutto questo analizzando ancora una volta il nostro circuito. Consideriamo lo schema di polarizzazione seguente:

Sul circuito sono indicati i valori delle tensioni e delle correnti del BJT in continua ottenuti simulando il circuito con ß=100. Tale insieme di valori prende il nome di punto di riposo del BJT. Il punto di riposo è dunque l'insieme dei valori di polarizzazione del BJT in assenza di segnale variabile applicato.

Osserviamo che il valore di Ic è stato calcolando ipotizzando un ß=100. Se ß cambia ovviamente cambierà dunque Ic e, di conseguenza, anche Vce. Come si può osservare il punto di riposo del BJT dipende fortemente dal valore di ß.

Quali conseguenze pratiche ha tutto ciò? Supponiamo per esempio che ß vari da 100 a 200 (a causa per esempio del riscaldamento del BJT oppure semplicemente perché il ß usato nel progetto non è uguale a quello del BJT usato nella realizzazione del circuito). Di conseguenza la corrente Ic passerà da 26,7 mA a 53,4 mA (raddoppia) e la tensione Vce diventa:

Vce = 12 - 240 x 53,4m = -0,8 V

Ovviamente questo valore di Vce non è possibile: il significato è che il BJT è in saturazione. Infatti simulando il circuito con ß = 200 si ottiene il seguente risultato:

Dunque una variazione di ß può benissimo variare il punto di riposo del BJT in modo tale addirittura da far passare il transisitor dalla zona attiva alla zona di saturazione. In pratica, se accadesse ciò, il circuito non funzionerebbe più da amplificatore di tensione.

Stabilizzazione del punto di riposo con una resistenza di retroazione

Consideriamo adesso la seguente simulazione. Nel circuito è stata inserita una terza resistenza R3 sull'emettitore del BJT. La simulazione è stata fatta con ß=100:

Si confronti adesso la figura precedente con la simulazione qui sotto, effettuata con ß = 200:

Osserviamo subito una cosa notevole. Nonostante il ß sia passato da 100 a 200 (raddoppiato), la tensione Vce è rimasta praticamente stabile, cambiando appena da 6,71 a 6,22 V. Anche la corrente Ic è cambiata relativamente poco, passando da 4,72mA a 5,15mA. Invece la corrente di base Ib è cambiata notevolmente (si è quasi dimezzata).

In pratica la resistenza R3 ha stabilizzato il punto di riposo del BJT per quanto riguarda la zona collettore-emettitore, cioè la parte "di uscita" dell'amplificatore. Come è avvenuto questo miracolo?

Per comprendere il ruolo di R3, immaginiamo che, per qualsiasi ragione, il ß del BJT aumenti. Di conseguenza aumenta anche la corrente Ic, che al ß è direttamente legata. Ma aumenta anche la corrente Ie che, non dimentichiamolo, è praticamente uguale a Ic (almeno in zona attiva).

Come conseguenza ultima dunque, l'aumento del ß fa aumentare anche la caduta di tensione su R3 che è attraversata da Ie.

ß ↑ iC ↑ iE ↑ VR3

Ora però osserviamo la maglia di ingresso. Notiamo che la corrente Ib è naturalmente data da:

Ib = VR1/R1

La tensione VR1 può essere facilmente ricavata così:

VR1 = E - Vbe - VR3

Si è detto che, se aumenta il ß del transistor, aumenta anche VR3. Ma dunque, in base alla precedente, diminuisce VR1, cioè diminuisce Ib. E dunque diminuisce anche Ic:

ß ↑ iC ↑ iE ↑ VR3 ↓ iB ↓ iC

In pratica: se aumenta ß, aumenta Ic e dunque VR3. Ma questo aumento (dato che R3 è in comune fra la maglia di base e quella di collettore-emettitore) provoca una riduzione della corrente Ib, la quale a sua volta riduce la corrente Ic. In pratica R3 compensa eventuali aumenti di ß facendo diminuire la corrente di base Ib.

Questo tipo di effetto viene detto a retroazione (o feedback). Infatti esiste un'azione all'indietro, in base alla quale eventuali aumenti della variabile di uscita (nel nostro caso Ic) si ripercuotono sui valori della variabile di ingresso (Ib) facendoli diminuire. Il risultato finale è quello di stabilizzare i valori di polarizzazione in uscita al BJT.

Condensatore di bypass

La presenza della resistenza di emettitore R3 ha effetti positivi sulla stabilizzazione del punto di riposo del BJT, ma riduce anche il guadagno dell'amplificatore. Per evitare questo effetto sul guadagno, è possibile usare un condensatore in parallelo a R3. Tale condensatore è detto di bypass: alle alte frequenze (alle frequenze del segnale) tale condensatore equivale a un cortocircuito, eliminando in pratica l'effetto della resistenza R3 sull'amplificazione.

 

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