Amplificatori a FET. Amplificatore a source comune (C.S.) Vdd. Rd R1. C2 out C Rg in. out

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1 Amplificatori a FET Per realizzare un amplificatore a FET, il dispositivo va polarizzato regione attiva (cioè nella regione a corrente costante, detta anche zona di saturazione della corrente). Le reti di polarizzazioni usate sono la rete di autopolarizzazione e la VDB. Le configurazioni di amplificatori a FET sono analoghe a quelle degli amplificatori a BJT; precisamente abbiamo: l'amplificatore a source comune l'amplificatore con retroazione di source l'amplificatore a dra comune (source follower) l'amplificatore a gate comune I dispositivi che possono essere utilizzati sono i JFET e i MOS ad arricchimento e a svuotamento; noi focalizzeremo l'attenzione sugli amplificatori a JFET. Amplificatore a source comune (C.S.) R1 fig. 30 fig. 31 C C3 R2 C3 Lo schema dell'amplificatore a source comune può essere quello di fig. 30, che utilizza la rete di autopolarizzazione dei JFET, o quello di fig. 31 che impiega la rete VDB. Osserviamo che, modo del tutto analogo al C.E, nell'amplificatore a source comune, il termale di gresso è quello di gate, mentre quello di uscita è il dra; il source è posto damicamente a massa dal condensatore C3 fig. 32 I

2 Come nei BJT, per effettuare lo studio analitico banda passante, occorre disegnare il circuito damico relativo alle medie frequenze che, entrambi i casi, è quello di fig. 32 La resistenza rappresenta ovviamente se stessa, se il circuito damico si riferisce al circuito di fig. 30; oppure rappresenta il parallelo R1//R2, nel caso del circuito di fig. 31. La resistenza è il parallelo tra e Abbiamo: Ricordiamo che Id g m = s Av= = I Id = = g s m è la conduttanza mutua del JFET. E' possibile verificare, e noi lo faremo, che g m = 1 r s dove r s è la resistenza differenziale di source e, perciò, l'amplificazione di tensione assume la forma: Av= r s del tutto analoga a quella dell'amplificatore ad emettitore comune. Osserviamo che l' amplificatore a source comune: verte la tensione, come il suo analogo ad emettitore comune amplifica decisamente meno del C.E perchè, come abbiamo visto a suo tempo, la conduttanza mutua dei FET è more di quella dei BJT distorce, come il C.E; fatti g m e, qudi r s e Av, dipendono dalla corrente di dra che, una semionda del segnale di gresso aumenta e nell'altra dimuisce; di conseguenza, una semionda del segnale di gresso è amplificata più dell'altra e ciò provoca distorsione di non learità In defitiva, anche il l'amplificatore C.S. va usato nell'ambito di piccoli segnali. L'amplificazione di corrente di questo stadio è, nomalmente, fita perchè il termale di gresso (il gate) non assorbe corrente (i FET sono dispositivi pilotati tensione). Al solito, la resistenza di gresso è la resistenza vista dalla sorgente (fig.33); notiamo che R= Rig= perchè Rig, la resistenza vista guardando dentro il gate, è fita, dato che il termale di gate non assorbe corrente. E' opportuno che l'attenuazione nella maglia di gresso sia la more possibile, visto che il C.S non amplifica molto tensione; perciò occorre scegliere una piuttosto elevata modo che: per cui: R i = R = 1 Avt= i Av Av La resistenza di uscita è la resistenza vista dal carico (fig.34); notiamo che: R= Rid dove Rid è la resistenza vista guardando dentro al dra di un JFET regione attiva, la cui tensione di pilotaggio s è mantenuta costante (la sorgente è stata annullata); queste condizioni il FET si comporta da ganeratore di corrente costante e la sua resistenza terna è, perciò, molto elevata. Di conseguenza:

3 fig. 34 R= Rid Rid R // Amplificatore con retroazione di source fig. 35 R1 R2 R3 R4 C3 In fig. 35 troviamo la schema di un amplificatore con retroazione di source, che utilizza la polarizzazione VDB; come nel suo analogo a BJT, la resistenza di source è suddivisa due parti, R3 e R4, di cui solo una (r4) è shuntata dal condensatore C3. Il circuito damico alle medie frequenze dell'amplificatore è quello di fig. 36 fig. 36 I R3 Abbiamo:

4 Av= = I Id = s Id R 3 e tenendo conto che: per cui: otteniamo: Id g m = s s =r s Id Av= = Id Id Id R 3 = R 3 Osserviamo che, come nell'amplificatore con retroazione di emettitore: la presenza di R3 riduce l'amplificazione di tensione se R 3 r s abbiamo Av R 3 ; l'amplificazione, qudi, è quasi costante (dipende poco dalla corrente Id) e ciò riduce la distorsione di non learità Occorre dire, però, che, essendo la conduttanza mutua dei FET più piccola di quella dei BJT, la resistenza differenziale di source non è trascurabile (orientativamente, il suo orde di grandezza è il centaio di Ώ); per verificare la condizione R 3 r s si devono utilizzare valori di R3 dell'orde del kώ e ciò riduce di molto l'amplificazione In defitiva, R3 deve rimanere piuttosto piccolo; ogni caso, la sua presenza riduce la distorsione (oltrechè il guadagno). L'amplificazione di corrente, anche questo amplificatore, è nomalmente fita visto che il termale di gresso, il gate, non assorbe corrente Anche questo amplificatore, la resistenza di gresso è: R= Rig= dato che la resistenza Rig, vista guardando dentro il gate, è molto elevata; la resistenza di uscita è: R= Rid perchè la resistenza vista guardando dentro al dra è elevata.

5 Amplificatore a dra comune (C.D) fig. 37 R1 C C R2 Nell'amplificatore a dra comune (fig. 37), il termale di gresso è quello di gate mentre il termale di uscita è quello di source; il dra è staticamente a + e, qudi, damicamente a massa. Anche questo caso, l'amplificazione di corrente è nomalmente fita. La rete di polarizzazione abitualmente utilizzata è quella VDB; fatti, nel C.D, l'uso della rete di autopolarizzazione pone qualche problema, come è evidenziato dalla fig. 38: fig. 38 In questo amplificatore, è l'unico carico statico; è probabile, perciò, che su di essa cada una parte significativa di ; queste condizioni, la tensione: s= Id assumerebbe un valore troppo negativo ( =0 ) e il FET sarebbe terdetto; proprio per questo motivo, la rete di polarizzazione tipicamente usata nel C.D. è la rete VDB (fig. 37) che ci consente di porre il gate ad un potenziale sufficientemente positivo, modo che s assuma il valore (negativo) corretto. fig. 39 I

6 Per studiare il comportamento dell'amplificatore a centro banda, bisogna disegnare il circuito damico alle medie frequenze (fig. 39). Tenendo presente che I= Id, abbiamo: Av= = I s I = Id Id Id = 1 L'amplificatore a dra comune, come quello a collettore comune, non amplifica tensione e non sfasa; oltre se r s, abbiamo Av 1 ; ciò significa che: il potenziale di source varia come quello di gate ( e l'amplificatore viene chiamato, perciò, source follower ) l'amplificazione di tensione è quasi costante e qudi la distorsione di non learità trodotta dal source follower è trascurabile E' opportuno ricordare che, per verificare la condizione r s, il valore di deve essere piuttosto elevato, visto che la resistenza differenziale di source non è trascurabile; se ciò non si verifica, Av potrebbe risultare sensibilmente more di 1. La resistenza di gresso dell'amplificatore è: R= Rig= dato che la resistenza Rig, vista guardando dentro il gate, è molto elevata. La resistenza di uscita (fig. 40) è: R= Ris dove Ris è la resistenza che si vede guardando dentro il source, avendo disattivato la sorgente ( e risultano, perciò, parallelo) fig. 40 Ris R // La resistenza Ris si calcola facilmente, osservando il circuito di fig. 41 cui il gate è a massa, visto che il parallelo non è attraversato da corrente. fig. 41 Ris I V Abbiamo:

7 Ris= V I = Vsg Id = 1 g m =r s La resistenza che si vede guardando dentro il source cocide, qudi, con la resistenza differenziale di source e pertanto: In conclusione, l'amplificatore a dra comune: non amplifica tensione e non sfasa R= r s ha un'amplificazione di corrente nomalmente fita (non richiede corrente di pilotaggio) ha una resistenza di gresso elevata (R ), se è elevata ha una resistenza di uscita piccola (ma più elevata rispetto a quella dell'emitter follower perchè r s è maggiore di r e ) Il source follower, analogamente all'emitter follower, è usato come adattatore di impedenza

8 Amplificatore a gate comune (C.G.) fig.42 fig. 43 R3 C3 R4 Lo schema dell'amplificatore a gate comune è quello di fig. 43 se, per polarizzare il FET, si usa la reta VDB, oppure quello di fig. 42 se si usa la rete di autopolarizzazione; quest'ultimo caso, la resistenza può essere omessa visto che, questo amplificatore, il potenziale di gate non deve variare. Osserviamo che: il termale di gresso è quello di source; l'amplificatore richiede, qudi, una corrente di pilotaggio e, per questo motivo, non è molto usato, tranne che casi particolari il termale di uscita è quello di dra; l'amplificazione di corrente è, pertanto, unitaria dato la corrente di uscita e quella di gresso sono uguali il gate è a massa ( staticamente fig. 42; solo damicamente fig. 43) Per studiarne il comportamento banda passante, occorre tracciare il circuito damico alle medie frequenze che, ogni caso, è quello di fig. 44 cui = R L: fig. 44 Ii I Abbiamo: Av= = I Id = s Id = Id r s = r s Notiamo che: l'amplificazione di tensione è uguale a quella dell'amplificatore a source comune il C.G. non verte l'amplificatore a gate comune ha un comportamento analogo a quello del base comune

9 Av, dipendendo da rs, dipende da Id e, qudi, l'amplificatore, come il source comune, tende a distorcere e, perciò, va usato nell'ambito di piccoli segnali A I = I Ii Id = Id =1 La resistenza di gresso è: come evidenzia la fig. 45: R= Ris= r s R Ris fig.45 La resistenza di uscita è: R= Rid dato che Rid, la resistenza vista guardando dentro il dra, è molto elevata (fig. 46) fig. 46 Rid R // Come l'amplificatore a base comune, anche il gate comune è usato solo per applicazioni particolari; ad esempio per sfruttarne l'ottimo comportamento alte alte frequenze; ogni caso, esso va preceduto da uno stadio che preamplifica la corrente: ad esempio, un amplificatore a source comune, come fig. 47, oppure un dra comune, come fig. 48: fig. 47 fig. 48