7/27/2019 Lecture16(20-3-11)

http://slidepdf.com/reader/full/lecture1620-3-11 1/5

 

EE 332

DEVICES AND CIRCUITS II

Lecture 16

Coupling & Bypass Capacitor Design

BYPASS AND COUPLING CAPACITOR DESIGN

/CE AMPLIFIERS

R1

C1

RE

Q 1

vo

vi

R2

Rs

C3

C2

RL

RC

VCC

 C1 and C2 are coupling capacitors C3 is bypassing capacitor

BYPASS AND COUPLING CAPACITOR DESIGN

/CE AMPLIFIERS

C1

RE

Q 1

vo

vi

RB

Rs

C2

RL

RC

Replace C3 with short circuits by assuming its large

B

C

E

 

BYPASS AND COUPLING CAPACITOR 

DESIGN/INTRODUCTION

Since impedance of  a capacitor increases with 

decreasing frequency, coupling and bypass capacitors reduce amplifier gain at low frequencies.

To choose capacitor values, short‐circuit time constant method is used: each capacitor is considered 

separately 

with 

all 

other 

capacitors 

replaced 

by 

short 

circuits.

To neglect a capacitor, the magnitude of  capacitive 

impedance must be much smaller than the equivalent resistance appearing at its terminals

 

68

7/27/2019 Lecture16(20-3-11)

http://slidepdf.com/reader/full/lecture1620-3-11 2/5

 BYPASS AND COUPLING CAPACITOR DESIGN

/CE COUPLING

 CAPACITORS

Consider C1 (with vi=0): using short‐circuit time constant 

technique, look at each capacitor on its own each time, and 

short other capacitors

Note that C1 forms a series loop with Rs+Ri

To neglect C1, its impedance must be 

much smaller than (Rs+Ri)

1

( )1

11

( )

/ /

s i 

s i 

i B b 

R R C 

C R R 

R R r 

ω

ω

∴ << +

⇒ >>+

=

Where ω is the lowest frequency to be amplified.

C1

Ri

Rs

 

BYPASS AND COUPLING CAPACITOR DESIGN

/CE BYPASSING CAPACITOR

Replace C1 and C2 with short circuits by assuming both are large

C3

RE

Q 1vo

vi

RB

Rs

RLR

C

B

C

E

 

BYPASS AND COUPLING CAPACITOR DESIGN

/CE BYPASSING CAPACITOR

1( / / )

3

13

( / / )

E e 

E e 

R r C 

C R r 

ω

ω

∴ <<

⇒ >>

Note that C3 forms a parallel loop with RE and re

To neglect

 C3,

 its

 impedance

 must

 be

 

much smaller than (RE//re)

Where ω is the lowest frequency to be amplified.

C3

re

RE

Consider C3 (with vi=0): using short‐circuit time constant 

technique, look at each capacitor on its own each time, and 

short other capacitors

 

BYPASS AND COUPLING CAPACITOR DESIGN

/CE COUPLING

 CAPACITORS

C2

RL

Ro

1( )

2

12

( )

/ /

o L

o L

o C c 

R R C 

C R R 

R R r 

ω

ω

∴ << +

⇒ >>+

=

Consider C2 (with vi=0): using short‐circuit time constant 

technique, look at each capacitor on its own each time, and 

short other capacitors

Note that C2 forms a series loop with RL+Ro

To neglect C2, its impedance must be 

much smaller than (Rs+Ri)

 

69

7/27/2019 Lecture16(20-3-11)

http://slidepdf.com/reader/full/lecture1620-3-11 3/5

COUPLING AND BYPASS CAPACITOR DESIGN 

/C‐E AMPLIFIERS

 (EXAMPLE)

Problem: Choose values of  coupling and bypass capacitors.

Given data:  f  = 1000Hz, values of  all resistors and input and 

output resistances for C‐E amplifiers.

, ,,

1,2

70 0.7

70 , 15

BE ON 

A CC 

V V 

Q  V V V V  

β = =⎧ ⎫

= ⎨ ⎬= =⎩ ⎭

 1 2

300 , 160 , 22 ,

3 , 2 , 100 ,

C 

E s L

R k R k R k  

R k R k R k  

Ω Ω Ω

Ω Ω Ω

= = =⎧ ⎫⎨ ⎬

= = =⎩ ⎭

C1

RE

Q 1

vi

R1

Rs

C2

RL

RC

R2

C3

VCC

 

COUPLING AND BYPASS CAPACITOR DESIGN

/C‐E AMPLIFIERS (EXAMPLE)

For C‐E amplifier:

 

13( / / )

1; / /

E e 

CE 

e E e e  

m 

C R r 

r R r r  g 

ω>>

≅ ≅

C

1

RE

Q 1

vi

R1

Rs

C2

RL

RCR2

VCC

C3

Solution

Solution

 

COUPLING AND BYPASS CAPACITOR DESIGN 

/CC AMPLIFIERS

C1

RE

Q 1

vo

viRB

Rs

C2

RL

RC

C1

RE

Q 1

viR1

Rs

C2

RL

RCR2

VCC

 

COUPLING AND BYPASS CAPACITOR DESIGN 

/C‐

E 

AMPLIFIERS 

(EXAMPLE)

11

( )

/ /

, ( 1) 300

77.2

11 1.6

2000 (2 77.2 )

s i 

CE 

i B b 

CE 

b E 

i 

C R R 

R R r 

an d r r R k  

R k 

C n F 

k k 

π

ω

β

π

Ω

Ω

>>+

=

= + + ≅

⇒ =

∴ >> =

× +

For C‐E amplifier:

12

( )

/ /

12 1.3

2000 (22 100 )

o L

CE 

o C c C  

C R R 

R R r R  

C n F k k 

ω

π

>>+

= ≅

∴ >> =× +

C1

RE

Q 1

vi

R1

Rs

C2

RL

RCR

2

C3

VCC

Solution

Solution

 

70

7/27/2019 Lecture16(20-3-11)

http://slidepdf.com/reader/full/lecture1620-3-11 4/5

 BYPASS AND COUPLING CAPACITOR DESIGN

/CC COUPLING

 CAPACITORS

Consider C1 (with vi=0): using short‐circuit time constant 

technique, look at each capacitor on its own each time, and 

short other capacitors

Note that C1 forms a series loop with Rs+Ri

To neglect C1, its impedance must be 

much smaller than (Rs+Ri)

1( )

1

11

( )

/ /

s i 

s i 

i B b 

R R C 

C R R 

R R r 

ω

ω

∴ << +

⇒ >>+

=

C1

Ri

Rs

 

COUPLING AND BYPASS CAPACITOR DESIGN 

/CB AMPLIFIERS

C2

RE

Q 1

vo

RB Rs

C1

RL

C2

RE

Q 1

vi

R1

RsC1

RL

RCR2

VCC

RC

vi

 

BYPASS AND COUPLING CAPACITOR DESIGN

/CB COUPLING CAPACITORS

Consider C1 (with vi=0): using short‐circuit time constant 

technique, look at each capacitor on its own each time, and 

short other capacitors

Note that C1 forms a series loop with Rs+Ri

Hence, to

 neglect

 C1,

 its

 impedance

 

must be much smaller than (Rs+Ri)

1( )

1

11

( )

s i 

s i 

R R C 

C R R 

ω

ω

/ /i E e 

R R r 

∴ << +

⇒ >>+

C1

Ri

Rs

 

BYPASS AND COUPLING CAPACITOR DESIGN

/CC COUPLING

 CAPACITORS

C2

RL

Ro

Hence, to neglect C2, its impedance 

must be much smaller than (Ro+RL)

1

( )2

12

( )

/ /

o L

o L

o E e 

R R C 

C R R 

R R r 

ω

ω

∴ << +

⇒ >>+

=

Consider C2 (with vi=0): using short‐circuit time constant 

technique, look at each capacitor on its own each time, and 

short other capacitors

 

71

7/27/2019 Lecture16(20-3-11)

http://slidepdf.com/reader/full/lecture1620-3-11 5/5

 

BYPASS 

AND 

COUPLING 

CAPACITOR 

DESIGN/CB COUPLING CAPACITORS

C2

RL

Ro

Consider C2 

To neglect C2, its impedance must be 

much smaller than (Ro+RL)

1( )

21

2( )

/ /

o L

o L

o C c 

R R 

C 

C R R 

R R r 

ω

ω

∴ << +

⇒ >>+

=

Where ω is the lowest frequency to be amplified. 

End of Lecture 16

72