Gli amplificatori in classe C

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Se si diminuisce ulteriormente il tempo in cui la corrente percorre il componente attivo si ottiene il funzionamento in classe C.

Lo schema di principio di un tale amplificatore é riportato nella seguente figura:

 

Fig.16- 8

Gli amplificatori in classe C o non hanno polarizzazione del terminale d'ingresso (nel qual caso confinano con la classe B) oppure hanno una polarizzazione negativa (é il caso di figura), con cui si può regolare il tempo di conduzione dell'elemento attivo.

L'andamento della tensione d'uscita é rappresentato dalla seguente figura:

 

Fig.16- 9

Il rendimento degli amplificatori in classe C può variare a seconda di questo tempo di conduzione. Può arrivare sino a valori di circa l'85%.

Diversamente dai casi precedenti, gli amplificatori in classe C non possono essere utilizzati su carico resistivo, dato che non é possibile, nemmeno con circuiti in controfase, ricostruire il segnale d'ingresso.

Essi vengono allora sfruttati per eccitare un circuito risonante, accordato alla frequenza degli impulsi di corrente. Il segnale viene prelevato ai capi del circuito risonante, come mostrato in figura.

 

    Fig.16- 10

Il circuito dinamico é quello mostrato accanto

Fig.16- 11

Rp rappresenta la resistenza complessiva di carico, derivante dal parallelo di quella d'ingresso dei circuiti posti a valle con la resistenza equivalente della bobina e con quella di uscita del BJT.

Il concetto alla base del funzionamento di questo amplificatore è il seguente: esso, come detto, lavora in classe C. Il segnale sul collettore (se non ci fosse il circuito risonante) sarebbe quello visto in Fig.16-10.

Se si fa l’analisi spettrale di questo segnale, si vede che esso ha, oltre alla continua, una componente armonica fondamentale di ampiezza elevata e frequenza fK = 1/TK e altre armoniche di ampiezza minore e frequenza multipla di fK. Il circuito risonante LC posto in uscita è accordato alla frequenza fK (o al massimo una multipla immediatamente superiore). Questa componente armonica viene quindi esaltata (amplificata) dallo stesso circuito risonante.

 

Indicando con w o la pulsazione di risonanza, con Q il fattore di merito del circuito risonante e con BW la larghezza di banda, si possono scrivere le seguenti relazioni, già viste in occasione dello studio dei circuiti risonanti:

; ;

Poiché molto spesso la resistenza di carico equivalente assume valori abbastanza bassi (in particolare per la ridotta resistenza d'ingresso degli stadi a valle), si deduce dall'ultima delle relazioni precedenti che, per mantenere una larghezza di banda stretta, è necessario adottare grandi valori per la capacità e quindi bassi valori per l'induttanza.

L'utilizzo di induttanze troppo basse é problematico, a causa dell'abbassamento del fattore di merito dell'induttanza stessa. Per ovviare a questo inconveniente si ricorre spesso ad un adattamento del carico, in modo da innalzarne il valore visto dal collettore del BJT.

Si può ad esempio fare ricorso ad un accoppiamento a trasformatore o ad autotrasformatore come si vede nel seguente circuito:

Fig.16- 12

La resistenza equivalente vista dal collettore é:

In questo modo RC può essere basso mentre, regolando il rapporto delle spire, Req si può rendere elevato a piacere.

L’amplificatore visto a destra viene detto a semplice accordo, perché dispone di un solo circuito risonante.

La sua curva di risposta é essenzialmente quella di un circuito risonante parallelo, già vista nel quarto capitolo.

Si tratta di un circuito che approssima non proprio bene quella di un circuito passa banda ideale.

Ma esaminiamo più da vicino il circuito di Fig.16-11, anzi semplifichiamolo ulteriormente senza fargli perdere però le caratteristiche fondamentali.

Il circuito disegnato a destra è realizzabile praticamente e funzionante.

Siano:

VCC = 12 Volt; R1 = 1 KW ; Vipp = 3 Volt; fi = 1 MHz; T = 2N1711; L = 200 m H; C = 33 pF

Nota: Si sceglie questo transistor perché ha una fT = 50 MHz

Fig.16-15

Se si misura Vout si vede che vale 60 Volt di picco-picco.

Questo è il valore massimo che si riesce ad avere ai capi di C; a qualunque altro valore di Vi, inferiore, si ottiene una Voutpp inferiore, a dimostrazione che quella di 1 MHz è proprio la frequenza di risonanza di quel circuito.

Come si vede questo circuito non è polarizzato, quindi secondo quanto si è studiato, in uscita si dovrebbe avere solo la semionda positiva.

Nota: Si noti che la configurazione è invertente.

 

Invece c’è l’onda intera. Questo si spiega prima di tutto col fatto che il carico non è una resistenza come avevamo visto finora ma un circuito risonante LC e poi col teorema di Fourier, come spiegato prima.

Se poi si volesse utilizzare il circuito precedente per trasmettere da una stazione (in AM), basta aggiungere in ingresso la tensione desiderata. La Vi di prima farà da portante, in questo modo.

 

Fig.16- 16

In questo caso si rileva sull’antenna una Vpp = 30 mV