Consideriamo adesso lo schema circuitale in figura:
La configurazione è detta ad emettitore comune, in quanto il terminale emettitore del BJT è collegato a massa ed è in comune fra il circuito di ingresso e quello di uscita (sia il generatore di ingresso che la tensione di uscita Vout hanno un terminale di massa in comune, collegato con l'emettitore).
V1 è un generatore di segnale sinusoidale con ampiezza 0,1 V e frequenza 100 Hz. E è invece una batteria che produce una tensione continua di valore 1,5 V. Vin è la tensione totale di ingresso, data dalla somma di V1 e E.
Nel circuito sono presenti tre generatori di tensione:
- la batteria E da 1,5 V
- la tensione di alimentazione Vcc di 12 V
- il generatore sinusoidale V1
I primi due generatori (in continua) servono per polarizzare il BJT, cioè per fare sì che il transistor lavori in zona attiva. Invece il generatore sinusoidale rappresenta il segnale in ingresso al nostro amplificatore.
Studiamo per prima cosa il circuito di polarizzazione. Per far ciò supponiamo inizialmente che V1 non ci sia o, se preferite, che sia cortocircuitato (in modo da fornire una tensione nulla).
In questa situazione non è difficile calcolare la corrente di base. Supponendo una tensione Vbe di circa 0,7 V abbiamo dunque:
Possiamo quindi calcolarci subito la corrente Ic nell'ipotesi di zona attiva e considerando come sempre ß=100):
Ic = ß x Ib = 33,4 mA
Infine possiamo calcolarci
Vout = Vce = 12 - 240 x 33,4m = 4V
Il BJT è dunque effettivamente polarizzato in zona attiva.
Consideriamo ora l'effetto del generatore sinusoidale V1: esso produce una tensione alternata che oscilla fra -0,1 e +0,1 con una frequenza di 100 Hz, cioè con un periodo di 10 ms.
Siccome V1 è collegato in serie con E, il suo effetto pratico sarà quello di far variare la tensione Vin fra 1,4V e 1,6V, come mostrato nel seguente grafico:
In pratica, durante la semionda positiva di V1 la tensione su R1 aumenta un poco, per poi diminuire durante la semionda negativa (rispetto ai valori di polarizzazione in continua).
L'effetto è tale che anche la corrente Ib varia fra un massimo e un minimo, valori che si possono facilmente determinare così:
Di conseguenza anche la Ic oscillerà fra due valori, che si calcolano in questo modo:
Icmin = ß x Ibmin = 29,17 mA
Icmax = ß x Ibmax = 37,5 mA
Infine anche la tensione Vout presenta un massimo un minimo. Tali due valori sono però invertiti, nel seguente modo:
Voutmin = Vcc - R2 x Icmax = 3 V
Voutmax = Vcc - R2 x Icmin = 5 V
In pratica la tensione di uscita oscilla intorno al valore 4V fra un minimo di 3 V e un massimo di 5V. L'ampiezza dell'oscillazione è dunque pari a 1 V (vedi grafico seguente):
E' ora interessante mettere a confronto l'andamento della tensione su R1 (prodotta dal generatore di segnale V1 e dalla batteria E) con la tensione di uscita del circuito Vout (=Vce):
Osserviamo anzitutto che l'ampiezza delle oscillazioni di uscita è maggiore dell'ampiezza delle oscillazioni di ingresso. Questo effetto di aumento di ampiezza viene detto amplificazione in tensione e il nostro circuito è un semplice amplificatore di tensione.
L'entità dell'amplificazione può essere calcolata facendo il rapporto fra l'ampiezza delle oscillazioni in uscita e l'ampiezza delle oscillazioni in ingresso, nel nostro caso:
G = Ampiezza OUT/Ampiezza IN = 1V / 0,1V = 10
Il parametro adimensionale G viene detto guadagno o amplificazione dell'amplificatore. In pratica il nostro circuito amplifica il segnale di ingresso 10 volte, ovvero il segnale di uscita è 10 volte più grande del segnale di ingresso.
Osserviamo anche che i valori massimi nella tensione di ingresso corrispondono ai valori minimi della tensione di uscita e viceversa. Questo è dovuto al fatto che quando aumenta la tensione di base, aumenta la corrente di collettore e di conseguenza diminuisce la tensione Vce e viceversa.
In pratica l'oscillazione di ingresso e quella di uscita sono opposte in fase. Per questa ragione questo tipo di amplificatore viene detto invertente, in quanto inverte la polarità del segnale applicato in ingresso.
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