Lecture Electrical Engineering: Lecture 20 - Dr. Nasim Zafar

The main contents of the chapter consist of the following: Most transistors amplifiers are designed to operate in the linear region; the common-emitter amplifier has high voltage and current gain; the common-collector has a high current gain and voltage gain of 1. it has a high input impedance and low output impedance.

COMSATS Institute of Information Technology Virtual campus Islamabad Dr. Nasim Zafar Electronics 1 ­ EEE 231  Fall Semester – 2012 Transistor as an Amplifier Circuit: Lecture No:  20   Nasim Zafar Amplifier Gain: Ø • • Ø Ø  Amplifiers are 2­port  networks: input port output port  A is called the amplifier gain  If the gain is constant, we call this a linear amplifier Nasim Zafar Transistor Specifications: Ø Maximum collector current, IC  Ø Maximum power dissipated, PD   Ø PD = IC * VCE  Nasim Zafar Transistor Specifications: Ø Minimum C­E voltage for breakdown, V(BR)CEO Ø Carefully examine absolute max ratings Ø DC current gain – variable – β = hFE in specs Nasim Zafar Amplifier Gain in Decibels: Ø Amplifier gain is expressed in decibels (dB) – Ø Ø Originally it was expressed as “Bels” (named after  Alexander Graham Bell), but these proved to be of  insufficient size so we multiply “Bels” by 10    “decibels.” Decibels are a log­based ratio and are therefore  dimensionless Purpose: We want to measure the ratio of some value  relative to another (e.g. sound power in a stereo amplifier) Derivation of dB…(Cont.) Nasim Zafar Derivation of Decibels (Contd.): Ø Ratio of power of interest (call it “p1”) to some other reference  power (say, p2): p1 p2 Ø However, these values are generally quite huge and tend to be  logarithmically related; thus, creation of “the Bel:” p1 Bel = log p2 Nasim Zafar Derivation of Decibels (Contd.): • • However, the Bel is a bit too small, so let’s multiply it by  10 and call it a decibel (10 x Bel = 1 dB) Which gives us the decibel expression for power: decibel power p1 = 10 log p2 Nasim Zafar Exercise: dB for Voltage: First, let’s relate voltage to power: p = vi i = v/r p=v r Nasim Zafar Exercise: dB for Voltage: Upon substitution: �v r � �v � �v1 � 10 log � �= 10 log � �= 10 log � � �v r � �v � �v2 � 2 2 2 Which gives us the decibel expression for voltage: decibelvoltage �v1 � = 20 log � � �v2 � Nasim Zafar 10 Transistor Amplifier­Operation: Ø Ø Ø  Amplification of a relatively small ac voltage can be achieved by placing  the ac signal source in the base circuit.   We know that small changes in the base current circuit cause large  changes in collector current circuit.   The small ac voltage causes the base current to increase and decrease  accordingly and with the small change in base current ,the collector  current will mimic the input only with greater amplitude Transistor Amplifier­Operation: Ø  The region between cutoff and saturation is called the linear region Ø  A transistor which operates in the linear region is called a linear amplifier Ø  Note that only the ac component reaches the load because of the capacitive  coupling and that the output is 180º out of phase with input Amplifier Operation­NPN Transistor­1: Ø   In this circuit, VBB forward biases the emitter­base junction        and dc current flows through the circuit at all times Ø   The class of the amplifier is determined by VBB with respect to the input  signal Ø Signal that adds to VBB causes transistor current to increase Ø Signal that subtracts from VBB causes transistor current to decrease Nasim Zafar 30 Amplifier Operation­NPN Transistor­2: Ø During the positive peak of the ac input signal, VBB is added to the  input Ø Resistance in the transistor is reduced. Current in the circuit increases Ø Larger current means more voltage drop across RC (VRC = IRC) Ø Ø Larger voltage drop across RC leaves less voltage to be dropped  across the transistor We take the output VCE – as input increases, VCE decreases Nasim Zafar 31 Amplifier Operation­NPN Transistor­3: Ø Ø As the input goes to the negative peak: – Transistor resistance increases – Less current flows – Less voltage is dropped across RC – More voltage can be dropped across C­E The result is a phase reversal – Ø Feature of the common emitter amplifier The closer VBB is to VCC, the larger the transistor current Nasim Zafar 32 NPN Common Base Transistor Amplifier­1:   Ø Ø Signal that adds to VBB causes transistor current to increase Signal that subtracts from VBB causes transistor current to    decrease Nasim Zafar 33 NPN Common Base Transistor Amplifier­2: Ø At positive peak of input, VBB is adding to the input Ø Resistance in the transistor is reduced Ø Current in the circuit increases Larger current means more voltage drop across RC (VRC =  IRC) Ø Ø Collector current increases Ø No phase reversal Nasim Zafar 34 NPN Common Collector Transistor Amplifier: Ø Ø Ø Ø  Also called an Emitter Follower circuit – output on emitter is almost a replica of  the input Input is across the C­B junction – this is reversed biased and the impedance is  high Output is across the B­E junction – this is forward biased and the impedance is  low Current gain is high but voltage gain is low Nasim Zafar 35 Hybrid Parameters: =β = Slope of curve Nasim Zafar 36 Hybrid Parameters: hie = VB/IB          Ohm’s Law hie =input impedance hre = VB/VC Nasim Zafar 37 Hybrid Parameters: hfe = IC/IB Equivalent of b hoe = IC/VC Nasim Zafar 38 PNP Common Emitter Amplifier: Nasim Zafar 39 PNP Common Base Amplifier: Nasim Zafar 40 PNP Common Collector Amplifier: Nasim Zafar 41 Summary: Ø  Most transistors amplifiers are designed to operate in  the linear region.  Ø  The common­emitter amplifier has high voltage and  current gain.  Ø  The common­collector has a high current gain and  voltage gain of 1. It has a high input impedance and low  output impedance ...Transistor as an Amplifier Circuit: Lecture No:  20   Nasim Zafar Amplifier Gain: Ø • • Ø Ø  Amplifiers are 2­port  networks: input port output port...  If the gain is constant, we call this a linear amplifier Nasim Zafar Transistor Specifications: Ø Maximum collector current, IC  Ø Maximum power dissipated, PD   Ø PD = IC * VCE  Nasim Zafar Transistor Specifications:... Which gives us the decibel expression for power: decibel power p1 = 10 log p2 Nasim Zafar Exercise: dB for Voltage: First, let’s relate voltage to power: p = vi i = v/r p=v r Nasim Zafar Exercise: dB for Voltage: Upon substitution: