= A v1 A v2 R o1 + R i2 A v A v1 A v2. se R i2 R o1

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1 Amplificatori a due stadi STADIO 1 STADIO 2 R s R o1 R o2 v s + _ vi1 R i1 + A v1 v i1 _ v i2 R i2 + Av2vi2 _ vo2 RL A v v o2 v i1 = A v1 A v2 R i2 R o1 + R i2 A v A v1 A v2 se R i2 R o1 A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

2 Amplificatori a due stadi Amplificatore CE-CC V CC V CC R 1 R s R 1 R C C 2 C 1 C 2 v o (a) vs + _ v i R 2 R E C E R 2 R E R L V CC R 1 R C R in R E h fe R s C 1 C 2 v o (b) + R E vs _ v i R 2 R E C E R L R out R C A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

3 Amplificatori a due stadi Amplificatore CC-CB V CC R C R s + v _ s R in r e Q Q 1 2 v o R E V EE R r out e A = A CC 1 2 A CB 1 2 g m2r C A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

4 Amplificatore CE-CB (cascode) Amplificatori a due stadi V CC R C R 1 C 1 Q 1 R 2 (a) R s C 2 Q 2 V o + v _ s v i R 3 R E R s α α F i 2 e2 r F i e1 1 e1 i e1 r e2 (b) + v _ s R B i e2 R C V o R E A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

5 Amplificatori a due stadi Amplificatore CE-CB (cascode) (2) v o = α F1 i e1 R C = α F1 α F2 i e2 R C dato che i e1 = α F2 i e2 v i = (r e2 + R E )i e2 A vo vo v i = α F1α F2 R C (r e2 + R E ) R C R E se R E r e2 A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

6 Amplificatori a due stadi Amplificatore CE-CB (cascode) (3) R C r e2 = R C g m2 Il primo stadio amplifica pochissimo, perche vede davanti a se un carico molto piccolo (la resistenza d ingresso del secondo stadio e r e1 ). L amplificazione e tutta nello stadio CB. Nel complesso si ha quindi una buona amplificazione e una alta resistenza d ingresso. Qual e il vantaggio? A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

7 Amplificatori a due stadi Amplificatore CE-CB (cascode) (4) L amplificatore CB non subisce l effetto Miller! grande banda passante. A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

8 Stadio di uscita Amplificatori di classe A A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

9 Stadio di uscita Amplificatori di classe A: efficienza energetica η = P L Potenza fornita al carico = P S Potenza assorbita dalla alimentazione v 2 O P L = 1 2 R L = 2V CC I P S Molto scarsa! v 2 O η = 1 4 IR L V CC A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

10 Stadio di uscita Amplificatori di classe B A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

11 Stadio di uscita Amplificatori di classe B: efficienza energetica P L = 1 2 P S η = π 4 vo 2 R L v 2 O = 2 V CC π R L v O V CC η max = π 4 =.785 Efficienza molto migliore! Problema: distorsione attorno a zero (distorsione di cross-over). A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

12 Stadio di uscita Amplificatori di classe AB Si polarizzano i due transistor in modo da mantenerli sempre in debole conduzione: i N = i P I Q = I se V BB/2V T quando v I = 0 e v O = 0 Quando v I > 0: v O i N = v I + V BB 2 v BEN = i L + i P Ma si deve sempre avere v BEN + v BEP V T ln i N I s + V T ln i P I s i N i P = V BB = 2V T ln I Q I s = I 2 Q Quindi, se i N aumenta i P diminuisce. Per v i grande il contributo di Q P diviene trascurabile. Quando v I < 0 il meccanismo si inverte. A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

13 Stadio di uscita Amplificatori di classe AB: polarizzazione con diodi L amplificatore di classe AB puo essere concretamente realizzato utilizzando due diodi e un generatore di corrente I BIAS. In assenza di segnale il generatore deve fornire la corrente I Q ai diodi ed e quindi opportuno scegliere diodi con un basso valore di I s per diminuire la dissipazione. Quando V I e positiva il transistor Q N conduce e fornisce al carico una corrente i L ; la corrente di base di Q N deve percio essere i L /β N e questa corrente deve essere fornita dal generatore I BIAS, quindi il progetto deve prevedere un valore di I BIAS sufficiente a questo scopo. A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

14 Stadio di uscita Amplificatori di classe AB: polarizzazione con transistor Il transistor Q 1 e polarizzato con il partitore R 1, R 2 e riceve la corrente dal generatore I BIAS. R 1 e R 2 sono percorse dalla stessa corrente I R, se trascuriamo la corrente di base di Q 1, e si ha I R = V BE1 R 1 La tensione V BB tra le basi di Q N e Q P e semplicemente V BB = I R (R 1 + R 2 ) = V BE1 (1+ R 2 R 1 ) V BB puo facilmente essere fissata agendo sul rapporto delle resistenze in modo da avere la corrente di quiete desiderata. A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

15 Stadio di uscita Protezione dai corti circuiti I E1 = V BE2 R I E1max 0.7 V R A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

16 Stadio di uscita Amplificatori di classe AB: protezione dai corti circuiti A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

17 Specchio di corrente: effetto del β Specchi di corrente I REF = I c + 2Ic β = Ic(1+ 2 β ) Il rapporto di trasferimento e quindi I o I REF = β = β 2+β A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

18 Specchi di corrente Specchio di corrente: compensazione della corrente di base I REF = V CC V BE1 V BE3 R da cui segue I o 1 = I REF 1+ 2 β 2 +β A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

19 Generatore di corrente Widlar Specchi di corrente I S A E V BE1 V BE2 I E2 I O = V T ln(1+ I REF I S1 ) V T ln I REF I S1 = V T ln(1+ I O I S2 ) V T ln I O I S2 = V BE1 V BE2 R = V T R ln(i REF I S2 ) I S1 = α F I E2 V T R ln(i REF I S2 ) I O I S1 area dell emettitore I O V T R ln(i REF A E2 ) I O A E1 E un equazione trascendente, va risolta per iterazioni. Lo specchio Widlar e utilizzato per produrre correnti piccole a partire da una I REF grande (usato negli operazionali). I O A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

20 Specchi di corrente Generatore di corrente indipendente dall alimentazione Negli operazionali e necessario disporre di generatori di corrente il cui valore sia indipendente dal valore della tensione di alimentazione. Nel generatore Widlar I O V T R ln(i REF A E2 ) I O A E1 I O dipende da I REF ovvero da V CC (sia pure logaritmicamente). Come si risolve il problema? A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

21 Specchi di corrente Generatore di corrente indipendente dall alimentazione (2) Lo specchio di corrente Q 3 Q 4 forza I C1 = I C2 I C2 V T R ln(a E2 A E1 ) = V T R ln(n) I C2 non dipende da V CC! A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

22 Specchi di corrente Specchio di corrente Wilson A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

23 Specchi di corrente Specchio di corrente Wilson: resistenza di uscita A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

24 Specchio di corrente multiplo Specchi di corrente A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

25 Specchio di corrente MOSFET Specchi di corrente I ref I o = 1 W 1 2 k n1 (V GS1 V t1 ) 2 (1+λ 1 V DS1 ) L 1 = 1 W 2 2 k n2 (V GS2 V t2 ) 2 (1+λ 2 V DS2 ) L 2 Se i due transistor sono identici: I o I ref = (1+λV DS2) (1+λV DS1 ) I MOSFET consentono di costruire specchi di corrente in cui la corrente di uscita I o e un multiplo di I ref, differenziando il fattore geometrico W/L dei due transistor. A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

26 Carico attivo Carico attivo: perche? A v = g m(r D R L ) Occorre R D molto grande per aumentare l amplificazione ma questo provoca la diminuzione della corrente I D e quindi di g m, dall altro limita la dinamica d uscita spostando il punto di lavoro. Come si risolve? A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

27 Carico attivo Carico attivo: generatore di corrente ideale A v = g mr L A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

28 Carico attivo Amplificatore a source comune con carico attivo A v = g m(r o2 R L ) A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

29 Carico attivo Amplificatore differenziale con carico attivo Il carico attivo e una soluzione usata di frequente per gli amplificatori differenziali, ed e standard negli operazionali. A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

30 Carico attivo Amplificatore differenziale con carico attivo (2) A d = vo v d = g m(r o2 r o4 ) A c r o4 βr OE ρ = 1 2 gmβr OE (1) A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30

31 Conclusione: operazionale LM358 Carico attivo A.Nigro Laboratorio di Segnali e Sistemi II - Amplificatori February 15, / 30