Lecture Electrical Engineering: Lecture 22 - Dr. Nasim Zafar

The main contents of the chapter consist of the following: Graphical analysis of the BJT amplifier circuits, biasing the BJT for discrete-circuit design, small-signal operation and models.

Dr. Nasim Zafar Electronics 1 ­ EEE 231  Fall Semester – 2012

COMSATS Institute of Information Technology

Virtual campus Islamabad

• The DC Biased BJT Circuit • The BJT Amplifier Circuit

(a) Conceptual circuit to illustrate the operation of the transistor as an amplifier. 

(b) The circuit of (a) with the signal source vbe eliminated for dc (bias) analysis

Ø  The purpose of dc biasing is to establish the Q­point for operation

Ø The collector curves and load lines help us to relate the Q­point and its proximity to cutoff and saturation. 

Ø The Q­point is best established where the signal variations do not cause the transistor to go into saturation or cutoff. 

Ø What we are most interested in is, the ac signal itself. Since the dc part of the overall signal is filtered out in most cases, we can view a transistor circuit in terms of just its ac component

 Applying the principle of superposition:

– The current or voltage response in a linear circuit due to a time­ varying input signal can be calculated as the sum of the 

sinusoidal responses for each sinusoidal component of the input  signal.

Ø Let us consider the graphical analysis  of the operation the BJT

     amplifier circuit:

(a)   Graphical construction for the determination of the dc base   

current in the circuit

(b)   Load line intersects with the input characteristic curve

Graphical construction for determining the dc collector current IC and  the collector­to­emitter voltage VCE in the circuit.

Graphical determination of the signal components vbe, ib, ic, and vce when a 

signal component vi is superimposed on the dc voltage VBB

Signal Swing

Ø Load­line A results in bias 

point QA with a  corresponding VCE which 

saturation region, thus limiting the negative 

swing of vCE.

Section 5.5

SJTU     Zhou Lingling 20

The Classical Discrete­Circuit Bias 

Arrangement

BE BB

R R

V V

) ,

1 0

(

2

!

3 1 3 1 3 1

E E R

R

CC CB

CC C

C

CC BB

I I I

I

V V

V R

I

V V

B B

Ø Two constraints should apply.

C R R

(a) Q1 and Q2 are required to be identical and have high  β

(b) Short circuit between Q1’s base and collector terminals.

(c) Current source isn’t ideal due to finite output resistor of Q2

(a) Conceptual circuit to illustrate the operation of the transistor as an amplifier. 

(b) The circuit of (a) with the signal source vbe eliminated for dc (bias) analysis

  The DC Bias Conditions

Ø The DC Bias Conditions by Setting the AC Signal Source vbe =0

The DC Bias Conditions

Ø The DC Bias Conditions: by Setting the Signal Source vbe  =0

Ø The dc currents and voltages are given by:

i

The Collector Current and the Transconductance

The Collector Current and the Transconductance

The Small Signal Approximation

Transconductance

Ø To determine the resistance seen by  vbe,  we first evaluate the 

total base current  iB  using Eq. (5.84), as follows:

Ø Thus,

Ø where  IB  is equal to  IC/β  and the signal component  ib  is given 

by:

Ø Thus r  is directly dependent on  π ß and is inversely 

proportional to the bias current  IC  Substituting for  gm  in 

Eq. (5.93) from Eq. (5.87) and replacing  IC /  by IB gives 

an alternative expression for r  , π

Emitter

  where IE is equal to IC ∕   and the signal current  α ie  is given by

Ø The total emitter current  iE  can be determined from

Emitter

Ø If we denote the small­signal resistance between base and 

emitter,  looking into the emitter,  by  re,  it can be defined as

Thus, we find that  re,   called the  emitter resistance,  is given  by:

Emitter

Ø Thus,

Ø Which yields

T b

be

g I

V i

v r

m EQ

T e

be e

g I

V i

v r

e

r

r ( 1 )