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Lecture (07) BJT Amplifiers 4 JFET (1) By: Dr. Ahmed ElShafee Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Fall 2018, Electronic Circuits II 1 CapacitivelyCoupled Multistage Amplifier we will use the twostage capacitively coupled amplifier in Figure The output of the first stage capacitively coupled to the input of the second stage. Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Fall 2018, Electronic Circuits II 2

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Lecture (07)BJT Amplifiers 4

JFET (1)By:

Dr. Ahmed ElShafee

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Fall 2018, Electronic Circuits II1

Capacitively‐Coupled Multistage Amplifier• we will use the two‐stage capacitively coupled amplifier in 

Figure

• The output of the first stage capacitively coupled to the input of the second stage.

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Fall 2018, Electronic Circuits II2

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• Capacitive coupling prevents the dc bias of one stage from affecting that of the other but allows the ac signal to pass without attenuation XC==0

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Loading Effects

• the total input resistance of the second stage presents an ac load to the first stage.

• the effective ac collector resistance of Q1 is the total of all these resistances in parallel (R3, R5, R6, and Rin(base2))

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• The ac collector resistance of the first stage is

• Therefore, the base‐to‐collector voltage gain of the first stage is

• Voltage Gain of the Second Stage; The second stage has no load resistor, so the ac collector resistance is R7, and the gain is

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• Overall Voltage Gain

• If an input signal of 100uv , then output voltage is = (100 mV)(13,495)  =1.35 V

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DC Voltages in the CapacitivelyCoupled Multistage Amplifier• Since both stages are identical, the dc voltages for Q1 and Q2 

are the same.

• βDCR4 >> R2, βDCR8 >> R6

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Direct‐Coupled Multistage Amplifiers• no coupling or bypass capacitors in this circuit. 

• The dc collector voltage of the first stage provides the base‐bias voltage for the second stage.

• Because of the direct coupling, this type of amplifier has a better low‐frequency response (Direct‐coupled amplifiers can be used to amplify low frequencies all the way down to dc (0 Hz) ) than the capacitively coupled.

• The increased reactance of capacitors at lower frequencies produces gain reduction in capacitively coupled amplifiers.

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differential amplifier (diff‐amp)

1. • when both inputs are grounded 

(0 V), the emitters are at ‐0.7V.

• It is assumed that the transistors are identically matched by careful process control during manufacturing so that their dc emitter currents are the same when there is no input signal.

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• Since both collector currents and both collector resistors are equal

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2• Next, input 2 is left grounded, and 

a positive bias voltage is applied to input 1,

• The positive voltage on the base of Q1 increases IC1 and raises the emitter voltage to

• This action reduces the forward bias (VBE) of Q2 because its base is held at 0 V (ground), IC2 decrease

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• increase in IC1 causes a decrease in VC1, 

• and the decrease in IC2 causes an increase in VC2,

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3• Finally, input 1 is grounded and a 

positive bias voltage is applied to input 2.

• Applied VB2, increases IC2, decrease in VC2, VE2 voltage is raised.

• reduces the forward bias of Q1,

• decrease in IC1 causes VC1 to increase

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Modes of Signal Operation

• Single‐Ended Differential Input:

• one input is grounded and the signal voltage is applied only to the other input,

• inverted, amplified signal voltage appears at output 1 as shown

• a signal voltage appears in phase at the emitter of Q1

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• Q1 is common, emitter signal becomes an input to Q2, which functions as a common‐base amplifier at Q2  output 2; amplified noninverted signal.

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• In the case where the signal is applied to input 2 with input 1 grounded, an inverted, amplified signal voltage appears at output 2, noninverted, amplified signal appears at output 1.

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• Double‐Ended Differential Inputs:

• two opposite‐polarity (out‐of‐phase) signals are applied to the inputs

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• Common‐Mode Inputs: two signal voltages of the same phase, frequency, and amplitude are applied to the two inputs

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• This action is called common‐mode rejection.

• Common‐mode rejection means that this unwanted signal will not appear on the outputs and distort the desired signal.

• Common‐mode signals (noise) generally are the result of the pick‐up of radiated energy on the input lines from adjacent lines, the 50 Hz power line, or other sources.

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Common‐Mode Rejection Ratio

• Desired signals appear on only one input or with opposite polarities on both input lines.

• These desired signals are amplified and appear on the outputs as previously discussed.

• Unwanted signals (noise) appearing with the same polarity on both input lines are essentially cancelled by the diff‐amp and do not appear on the outputs. The measure of an amplifier’s

• ability to reject common‐mode signals is a parameter called the CMRR (commonmode rejection ratio).

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• Ideally, a diff‐amp provides a very high gain for desired signals (single‐ended or differential) and zero gain for common‐mode signals, practically is a very small value

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Example 02

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JFET Basic Structure

• Figure shows the basic structure of an n‐channel JFET (junction field‐effect transistor).

• Wire leads are connected to each end of the n‐channel; the drain is at the upper end, and the source is at the lower end. 

• Two p‐type regions are diffused in the n‐type material to form a channel, and both p‐type regions are connected to the gate lead. 

• For simplicity, the gate lead is shown connected to only one of the p regions. 

• A p‐channel JFET is shown in Figure

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Basic Operation

• To illustrate the operation of a JFET, Figure shows dc bias voltages applied to an n‐channel device. 

• VDD provides a drain‐to‐source voltage and supplies current from drain to source. 

• VGG sets the reverse‐bias voltage between the gate and the source, as shown.

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• a negative gate voltage produces a depletion region along the pn junction, which extends into the n channel and thus increases its resistance by restricting the channel width.

• The channel width and thus the channel resistance can be controlled by varying the gate voltage, thereby controlling the amount of drain current, ID.

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• The white areas represent the depletion region created by the reverse bias. 

• It is wider toward the drain end of the channel because the reverse‐bias voltage between the gate and the drain is greater than that between the gate and the source

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D

G

S

D

G

S

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D

G

S

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JFET Symbols

• The schematic symbols for both n‐channel and p‐channel JFETs are shown in Figure

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FET characteristic and perameters

• The JFET operates as a voltage‐controlled, constant‐current device.

• (VGS = 0 V), gate to the source both are grounded.

• As VDD (and thus VDS) is increased from 0 V, ID will increase proportionally,

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DG

S

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• In this area, the channel resistance is essentially constant because the depletion region is not large enough to have significant effect

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• This is called the ohmic region because VDS and ID are related by Ohm’s law

DG

S

• At point B, enters the active region where ID becomes essentially constant.

• As VDS increases from point B to point C, the reverse‐bias voltage from gate to drain (VGD) produces a depletion region large enough to offset the increase in VDS, thus keeping ID relatively constant.

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DG

S

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Pinch‐Off Voltage

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• For VGS =0 V, the value of VDS at which ID becomes essentially constant, point B on the is the pinch‐off voltage, VP.

• For a given JFET, VP has a fixed value. a continued increase in VDS above the pinchoff voltage produces an almost constant drain current.

• This value of drain current is IDSS (Drain to Source current with gate Shorted) and is always specified on JFET datasheets.

DG

S

• IDSS is the maximum drain current that a specific JFET can produce regardless of the external circuit, and it is always specified for the condition, VGS 0 V.

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DG

S

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Breakdown

• breakdown occurs at point C when ID increase very rapidly with any further increase in VDS.

• Breakdown can result in irreversible damage to the device, so JFETs are always operated below breakdown and within the active region (constant current)

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DG

S

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DG

S

DG

S

DG

S

DG

S

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Thanks,..

See you next week (ISA),…

Dr. Ahmed ElShafee, ACU : Fall 2018, Electronic Circuits II39