Spiegazione classe A

Bello sforzo, penso che lui abbia studiato da termotecnico, non da elettronico!!

Veniamo al problema.
Innanzi tutto io ti spiegherò le cose usando il metodo "Robo style", ovvero spiegando il principio fisico che ci sta dietro e tralasciando Km di formule, dato che:

A) Le formule manco me le ricordo e quelle della polarizzazione del transistor non le ho mai sopportate più di tanto
B) Non mi piace tediare la gente con Km di formule, a cominciare da me stesso
C) Le formule si possono trovare anche da altre parti e non ho intenzione di essere ripetitivo
D) Nel circuito che hai postato c'è il trimmer R1 che serve per polarizzare TR1 in modo preciso, quindi significa che pur con tonnellate di calcoli il risultato è solo approssimativo (non perchè la matematica faccia schifo o perchè i modelli matematici siano penosi, ma perchè i componenti hanno una tolleranza assurda, soprattutto i semiconduttori)

Il circuito in questione è molto simile a quello di questo post, ma ha una piccola/grossa differenza.

La prima tua domanda sarà: "Ma è piccola o grossa?"
Risposta: entrambi.....

Piccola perchè la R4 è collegata al collettore di TR1 invece di essere connessa al positivo dell'alimentazione come la R1 del circuito dell'altro post. Quindi il circuito è sostanzialmente lo stesso.
Grande perchè il risultato che ne deriva è molto diverso.

I transistor (o BJT) sono componenti in cui la corrente di collettore, in un'ampia fascia di lavoro, aumenta proporzionalmente alla corrente di base (e in conclusione alla tensione applicata fra base ed emettitore).

Nel circuito dell'altro post la tensione/corrente di base, in assenza di segnali provenienti dal condensatore C1, era fissa, quindi anche la corrente di collettore lo era (a temperatura costante, visto che all'aumentare della temperatura tende a salire). Il circuito resta quindi in questo stato di apparente stabilità. Apparente proprio perchè non è in una camera termostatica, ma è sottoposto alle variazioni di temperatura.

Nel circuito qui sopra le cose sono molto diverse. Ammettiamo di avere regolato, tramite il trimmer R1, la polarizzazione /punto di riposo di TR1, fino alla tanto desiderata tensione di 18V (io l'avrei regolata a 16V che è la metà esatta della tensione di alimentazione, ma poco importa sui piccoli segnali).
Ebbene il circuito è ora apparentemente stabile.

Ammettiamo che arrivi ora un'ondata di calore (fra qualche settimana i telegiornali inizieranno a tediarci con i soliti consigli di non dormire nel forno acceso, evitare di camminare per la strada dentro un sacco nero per la spazzatura, ricordare alle persone anziane che se vogliono partecipare alla maratona è meglio che evitino i mesi di luglio e agosto nella fascia oraria 13-17, bla,bla,bla, ecc.) tale da spostare in modo significativo il punto di lavoro di TR1.

Essendo aumentata la temperatura TR1 avrà una Vbe più bassa e, di conseguenza, una corrente di base più alta.

Essendo più alta la corrente di base lo sarà anche quella di collettore, quindi la caduta di tensione sulla resistenza R5 aumenterà, facendo scendere la tensione sul collettore di TR1.

Se cala la tensione di collettore di TR1 calerà anche la tensione che, tramite il trimmer R1, arriverà alla base di TR1, facendo scendere la Vbe di TR1.

Se scende la Vbe cosa otteniamo? Che cala la Ib (corrente di base) e la Ic (corrente di collettore), ripristinando la condizione originaria.

Questo ragionamento vale, al contrario, quando la temperatura ambientale diminusce. Il risultato è però lo stesso: il circuito si rimette in equilibrio.

Praticamente R4 collegata sul collettore di TR1 introdurrà una retroazione che stabilizzerà il funzionamento del circuito.

Come si fa a calcolare tutta la rete di retroazione? Sostanzialmente si polarizza TR1 come nel circuito dell'altro post, ma poi si sposta la resistenza R1 sul collettore e, variandone il valore, si ritrova il punto di equilibrio (metà della tensione di alimentazione per l'amplificatore in classe A).

Come vedi di formule non ne ho usate: quelle le puoi trovare in molti siti. Diciamo che se quello che ho scritto ti ha schiarito un po' le idee ho già ottenuto il risultato che volevo, perchè io ho un approccio molto pratico nelle cose, dato che quando andavo a scuola odiavo le spiegazioni puramente teoriche, che finivano per non fare capire il motivo per cui i circuiti funzionavano/non funzionavano.

L'elettronica è una branca della fisica, e come tale non fa funzionare le cose perchè glielo dicono le formule matematiche: funziona per dei principi fisici. Poi è chiaro che se vuoi fare le cose non a caso, buttando una manciata di componenti sul tavolo e montando solo quelli orientati in un certo modo, ma in un modo analitico, devi usare la matematica. Ma più andrai avanti più ti renderai conto che dopo un po' di anni un circuito te lo progetti "a occhio", rendendoti poi anche conto che, se farai i calcoli come devono essere fatti, arriverai ad un risultato che se non è identico ci si avvicina comunque molto.

Edited by Robo67 - 30/5/2018, 17:23

Tieni presente che, nel caso dei transistor NPN (nei PNP le cose sono identiche, ma con correnti e tensioni invertite di polarità), per ottenere una polarizzazione serve una corrente entrante nella base (praticamente la base, in un transistor al silicio, deve avere una tensione di almeno 0,5-0,6V più alta di quella dell'emettitore).
Per ottenere questo va bene un qualsiasi sistema, dalla gincola resistenza fra base e positivo di alimentazione, oppure un partitore di tensione collegato fra il positivo e il negativo dell'alimentazione, resistenza di retroazione fra base e collettore........ pila, cella fotovoltaica, ecc.)

Quello che intendo dire è che ci sono tanti sistemi per portare la tensione alla base di un transistor. Nel caso del circuito sopra il progettista ha preferito inserire il trimmer R1 per trovare il punto di lavoro ottimale, dato che purtroppo un qualsiasi transistor ha un guadagno di corrente (hfe=Ic/Ib) che varia tantissimo (tanto per dire un transistor usatissimo come il BC337 ha un hfe che può variare fra 100 e 630); in queste condizioni non è così semplice polarizzarlo correttamente.


Misteri dell'elettronica.....
Tieni presente che non è così importante trovare esattamente il punto centrale della curva di polarizzazione. Se tu guardi quest'immagine ricava da Wikipedia puoi vadere il principio di funzionamento di un amplificatore classe A.

Nella figura a sinistra, in cui è visibile il segnale d'ingresso, è stata scelta la condizione ideale, con Ib0 a metà della curva d'ingresso Ib/Vbe, che ti fa lavorare la Vce e la Ic nella zona di massima linearità (lontano dai tratti curvi a sinistra e dalla fine della curva sulla destra). In queste condizioni il segnale, anche se ha una grossa ampiezza, si manterrà all'interno del campo in cui l'hfe (Ic/Ib) è costante, che porterà ad avere che il transistor amplifica di N volte il segnale in base.

Se la Vce a riposo dovesse diminuire si rischierebbe di avere che nei picchi negativi della sinusoide la Vce scende ad un valore tale da fare lavorare il transistor nella zona curva di sinistra, in cui ad un incremento/diminuzione della Ib non provoca una corrispondente variazione della Ic, con una conseguente distorsione del segnale amplificato.
Stesso problema vale per una Vce più alta, dato che ci si sposterebbe troppo vicino alla tensione di alimentazione, che provocherebbe lo stesso problema di distorsione.

Questi problemi ce li hai però se il segnale di uscita è molto ampio, mentre in caso contrario la Ic/Vce resta all'interno del campo di funzionamento corretto anche se la Vce a riposo non è esattamente nel mezzo.