Vorrei avere spiegazioni sul funzionamento dei circuiti analogici di amplificazione realizzati con i transistor (in particolare accoppiamento CE-CEE).

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La configurazione Common Emitter (CE) è una delle tre configurazioni
fondamentali in cui si può utilizzare un singolo transistore bipolare
per ottenere un’amplificazione del segnale. Analoghe configurazioni si
possono realizzare anche coi FET, sebbene esse assumano nomi diversi in
quanto diverse sono le denominazioni dei terminali del transistore (source,
gate e drain invece che emettitore, base e collettore). Naturalmente è
possibile costruire circuiti di amplificazione più complessi, servendosi
di un numero crescente di componenti attivi.
Nel seguito tratterò la configurazione CE con un transistore n-p-n: la
duale con p-n-p è sostanzialmente identica pur di cambiare opportunamente
di segno le tensioni e le correnti.

 

La fig. 1 mostra la configurazione CE ridotta ai componenti minimi
indispensabili. Non mi soffermerò sulla polarizzazione del circuito,
ma rammenta che le tensioni d’ingresso e d’alimentazione andranno
scelte in modo che il transistore Q funzioni nella zona di lavoro
opportuna. Alla tensione d’ingresso, viene ora sovrapposto un segnale
Vin, il quale cade a cavallo tra i morsetti di base ed
emettitore di Q. E’ noto che i bipolari hanno una relazione esponenziale
tra la tensione VBE e la corrente di collettore, del
tipo (dove VT
a temperatura ambiente vale circa 25mV), per cui ci dobbiamo aspettare
una variazione esponenziale della corrente che scorre sul carico
RL. D’altro canto, se supponiamo il segnale Vin
sensibilmente più piccolo della tensione di polarizzazione, e dunque
anche la variazione di corrente molto più piccola di quella che
scorre in RL a segnale nullo, possiamo linearizzare la
caratteristica esponenziale del BJT, rendendola una retta. Tale
retta avrà una pendenza:

Pertanto, il segnale Vin provoca una corrente di segnale Iout
pari a gmVin che scorre nel carico RL,
al che il segnale sarà pari a RLgmVin,
che si va a sommare alla tensione di polarizzazione. Il guadagno in tensione
ottenuto è pari a RLgm. Come si vede, è possibile
aumentare il guadagno aumentando RL e/o aumentando la corrente
di polarizzazione che scorre nel transistore (che fa variare gm).
I principali svantaggi di questo circuito sono che il guadagno varia in
funzione del carico e che, per segnali troppo grandi, esso distorce, dato
che non è più valida l’ipotesi di approssimare l’esponenziale con una
retta. Generalmente, per evitare la dipendenza dal carico, esso non viene
mai usato come stadio d’uscita di un amplificatore, ma lo si fa seguire
almeno da uno stadio a “follower”, o “Common Collector”,
che guadagna poco ma è meno sensibile sotto questo aspetto.

 

Riguardo alla distorsione, invece, si può scegliere di ovviarvi
rinunciando ad una parte del guadagno, con l’adozione della configurazione
CEE, o con resistenza di degenerazione. Questa resistenza RD
(vedi fig. 2) viene messa sull’emettitore di Q, ed ai suoi capi
cade una parte del segnale Vin. Per tale ragione il segnale
“utile” all’amplificazione sarà minore, ma si riduce in
egual misura la probabilità di distorcere, e si aumenta dunque la
dinamica d’ingresso utile.
Svolgendo i calcoli si vede che ora la tensione VBE non
uguaglia più Vin, ma bensì, sempre adottando l’ipotesi
di linearizzazione della caratteristica del BJT:

che, come si vede, è minore di VBE, dal momento che
tutti i termini al denominatore sono positivi.
Pertanto l’amplificatore guadagna ora .