c.e.a.d.19.1 circuiti elettronici analogici e digitali lezione n° 19 (2 ore) amplificatori per...

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.11

CIRCUITI ELETTRONICI CIRCUITI ELETTRONICI ANALOGICI E DIGITALIANALOGICI E DIGITALI

LEZIONE N° 19 (2 ore)LEZIONE N° 19 (2 ore)• Amplificatori per grandi segnaliAmplificatori per grandi segnali• Rendimento e EfficienzaRendimento e Efficienza• Amplificatori in classe AAmplificatori in classe A• Accoppiamento capacitivoAccoppiamento capacitivo

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.22

RichiamiRichiami

• Amplificatore CEAmplificatore CE

• DistorsioniDistorsioni

• PotenzaPotenza

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.33

Amplificatore C-EAmplificatore C-E

• Schema di principio DistorsioniSchema di principio Distorsioni•

+

--VS

VBB

RB

CA

VCC

RL

Q

VU

+

--

VCE

IC

VCC

VCC/RL

IM

I0

Im

Vm V0 VM

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.44

DistorsioniDistorsioni

• Distorsioni di 2Distorsioni di 2aa armonica armonica

tBtBBII

tIg

tIgIg

II

tIgtIgII

tIi

igigi

CC

bmbm

bmCC

bmbmCC

bmb

bbc

2coscos

2cos2

cos2

coscos

cos

2100

22

1

22

0

22210

221

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.55

Determinazione per via graficaDeterminazione per via grafica

• Dalle caratteristiche:Dalle caratteristiche:

4

22

2/

0

02

1

2

210

200

210

CmMO

mM

O

OCm

OCC

OCM

IIIBB

IIB

BB

tBBBII

tBBII

tBBBII

VCE

I

VCC

VCC/RL

IM

I0

Im

Vm V0 VM

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.66

DistorsioniDistorsioni

• Per la 2Per la 2aa armonica si ha: armonica si ha:• Per ordini superiori si ha:Per ordini superiori si ha: 1

22 B

BD

223

22

12

122

322

223

22

21

21

1

11

3

1

22

....

1

....12

....

2

......,,3,

n

U

nL

nU

L

nn

DDDD

PDP

PDDDR

BBBBP

RB

P

B

BD

B

BD

B

BD

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.77

OsservazioneOsservazione

• La potenza d’uscita non è fortemente La potenza d’uscita non è fortemente influenzata da eventuali distorsioniinfluenzata da eventuali distorsioni

• EsempioEsempio

– per una distorsione totale del 10% (valore per una distorsione totale del 10% (valore molto elevato) si ha solo un aumento dell’ molto elevato) si ha solo un aumento dell’ 1% della potenza d’uscita1% della potenza d’uscita

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.88

Bilancio energeticoBilancio energetico

• Potenza erogataPotenza erogata

• Potenza sul caricoPotenza sul carico

0

2

2

0

2

2

cos11

IVdttIIVT

dtiVT

P CC

T

TMCC

T

TCCCE

10000

2

2

00

2

2

2

coscos11

PPIV

IVIV

dttIItVVVT

dtiVT

P

MMCC

T

TMMCC

T

TCRL

VCE

I

VCC

VCC/RL

IMI0

Im

Vm V0 VM

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.99

Scelta del punto di riposoScelta del punto di riposo

• Potenza dissipata dall’elemento attivoPotenza dissipata dall’elemento attivo

• Vaolori limiteVaolori limite• per transistore perfettamente lineare per transistore perfettamente lineare

• VVCESATCESAT = 0 = 0

200MM

LED

IVIVPPP

L

CCM

CCM

L

CCCC

R

VII

VVV

R

VI

VV

2,

2

2,

2

00

00

VCE

IC

VCC

VCC/RL

IMI0

Im

Vm V0 VM

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.1010

PotenzePotenze

• Le potenze in gioco risultano Le potenze in gioco risultano

L

CC

L

CC

L

CCMMLED

L

CC

L

CC

L

CC

L

CCMMCCL

L

CCCCE

R

V

R

V

R

VIVIVPPP

R

V

R

V

R

V

R

VIVIVIVP

R

VIVP

8842

8

3

8422

2

222

00

2222

000

2

0

L

CCM

CCM

L

CCCC

R

VII

VVV

R

VI

VV

2,

2

2,

2

00

00

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.1111

RendimentoRendimento

• Il massimo rendimento si ha quando la Il massimo rendimento si ha quando la potenza utile, di prima armonica è potenza utile, di prima armonica è massimamassima

%25

2

822

2

max0

1

L

CC

L

CC

CC

MM

E

RV

RV

IV

IV

P

P

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.1212

EfficienzaEfficienza

• Rapporto fra potenza utile e potenza che deve dissipare Rapporto fra potenza utile e potenza che deve dissipare l’elemento attivol’elemento attivo

• La max potenza utile si ha per la max dinamicaLa max potenza utile si ha per la max dinamica• La max potenza dissipata dal BJT si ha per segnale nulloLa max potenza dissipata dal BJT si ha per segnale nullo

5.0

4

82

max

max1

2

00minmax

200

max1

D

L

CCLED

L

CC

P

PF

R

VIVPPP

R

VIVP

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.1313

OsservazioniOsservazioni

• Il carico è accoppiato direttamente sul Il carico è accoppiato direttamente sul collettorecollettore

• Il carico è percorso dalla continuaIl carico è percorso dalla continua• Si può usare l’accoppiamento capacitivoSi può usare l’accoppiamento capacitivo

+--VS

VBB

RB

CA

VCC

RC

Q

VU

+

--

CU

RL

V0 Vcc

I0

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.1414

Massima dinamicaMassima dinamica

• Il punto di riposo deve essere al centro Il punto di riposo deve essere al centro della retta di carico dinamicadella retta di carico dinamica

• Ipotesi RIpotesi RCC = R = RLL

%66.169

1

3

2

320

3

22

3

2

2

1

2

00

0000

L

CC

L

CCE

CCC

C

CC

CC

CLCCCC

R

VP

R

VP

VRIV

R

VI

IRIR

RIRRIRV

V0 Vcc

I0

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.1515

Aumento del rendimentoAumento del rendimento

• Aumentare RAumentare RC, C, senza aumentare la senza aumentare la caduta staticacaduta statica– Polarizzazione mediante specchio di Polarizzazione mediante specchio di

correntecorrente

• Accoppiamento in continuaAccoppiamento in continua– Eliminazione di Ca e CuEliminazione di Ca e Cu

• Doppia alimentazioneDoppia alimentazione– per avere massima dinamicaper avere massima dinamica

• Uso dell’inseguitore di emettitoreUso dell’inseguitore di emettitore– ottimo amplificatoreottimo amplificatore didi correntecorrente

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.1616

SchemaSchema

•

+

--VS

-VCC

R1

VCC

RL

Q1

VU

+

--Q2

RS

D1

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.1717

Caratteristica di trasferimentoCaratteristica di trasferimento

VU

VS0.7

VCC-VCESAT

-VCC+VCESAT

+--VS

-VCC

R1

VCC

RL

Q1

VU

+

--Q2

RS

D1

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.1818

Specchio di correnteSpecchio di corrente

• Trascurando VTrascurando VCESATCESAT

%25

2

2

1

01

0

011

E

CCU

CCE

L

CCDR

P

P

IVPP

IVP

R

VIII

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.1919

Accoppiamento a trasformatoreAccoppiamento a trasformatore

• Schema di principioSchema di principio

+

--VS

VBB

RB

CA

VCC

RL

Q

VCE

IC

VCC

VCC/RL

IM

I0

Im

Vm V0 VM

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.2020

RendimentoRendimento

• Il punto di riposo è scelto in modo da Il punto di riposo è scelto in modo da avere la max dinamica avere la max dinamica

%50

2

1

01

0

00

E

CCU

CCE

C

CCCC

P

P

IVPP

IVP

R

VIVV

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.2121

Fenomeno di raddrizzamentoFenomeno di raddrizzamento

+

--VS

VBB

RB

CA

VCC

RL

Q

RE

CEVCE

IC

VCC

B0RE

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.2222

OsservazioniOsservazioni

• L’eventuale presenza di componente L’eventuale presenza di componente continua dovuta alla non linearità viene continua dovuta alla non linearità viene rivelata su Crivelata su CEE

• La caduta risultaLa caduta risulta

• Il punto di riposo risulta spostato e quindi Il punto di riposo risulta spostato e quindi non è più garantita la max dinamicanon è più garantita la max dinamica

• Lo spostamento è proporzionale al segnaleLo spostamento è proporzionale al segnale

0BRV ECE

C.E.A.D.C.E.A.D. 19.19.2323

ConclusioniConclusioni

• Amplificatori per grandi segnaliAmplificatori per grandi segnali• Rendimento e EfficienzaRendimento e Efficienza• Amplificatori in classe AAmplificatori in classe A• Accoppiamento capacitivoAccoppiamento capacitivo• Accoppiamento induttivoAccoppiamento induttivo• Fenomeno di raddrizzamentoFenomeno di raddrizzamento