Il diodo come raddrizzatore (1)

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1 Il diodo come raddrizzatore () 220 V rms 50 Hz Come trasformare una tensione alternata in una continua?

2 Il diodo come raddrizzatore (2) 0 Vγ La rettificazione a semionda

3 Il diodo come raddrizzatore (3) Semionda positiva Raddrizzatore a doppia semionda Semionda negativa

4 Il diodo come raddrizzatore (4) Tensioni sempre positive Correnti in fase con le tensioni Potenza sempre erogata

5 Il diodo come raddrizzatore (5) La rettificazione ad onda intera

6 Il diodo come raddrizzatore (6) Tensione Corrente Il filtro: si basa su un circuito RC con un tempo τ = RC lungo rispetto al periodo del segnale.

7 Simulazione raddrizzatore V D 5 AC 5 0 Sine(0 5 DN ) V Vcut 0u C 50k R Vout 50k R3

8 Raddrizzatore onda intera Vout D5 DN448 D4 DN448 V V m C D3 DN448 K R D DN448

9 Generatore ideale controllato in corrente () È un dispositivo con tre terminali (,2,3) che genera una corrente i2 controllata da una corrente i, isolando la parte in uscita da quella in ingresso. Il rapporto A= i/i2 è chiamato guadagno di corrente.

10 Generatore ideale controllato in corrente (2) Se prendiamo ad esempio un generatore di segnale vs in serie con la resistenza Rs che fornisce la corrente di controllo i, la corrente generata i2 provoca una caduta di potenziale v2 = i2 RL Rs RL vs v2 = -AiRL = - ARLvs/Rs

11 Generatore ideale controllato in corrente (3) È da notare che: A > (di solito) c è amplificazione di corrente. se ARL/Rs > c è anche amplificazione di tensione. Quindi la potenza dissipata (i22rl ) su RL è maggiore di quella dissipata su Rs (i2rs ) ossia c è anche un guadagno di potenza. Da dove viene? Dalla sorgente di alimentazione del generatore.

12 I Transistori I transistor sono dispositivi con tre terminali sviluppati dal 948. I tre terminali si chiamano: Emettitore, Base, Collettore.

13 Dispositivi Bipolari e Unipolari Definizione: un dispositivo bipolare è quello in cui le correnti sono determinate da tutti e due i tipi di portatori. (es. transistor BJT = Bipolar Junction Transistor o Transistor Bipolare a Giunzione) Un dispositivo unipolare è quello in cui le correnti sono determinate solo da un tipo di portatore di carica. (es. transistor FET = Field Effect Transistor o Transistor ad Effetto di Campo)

14 Schema di transistor BJT n-p-n Esistono anche i p-n-p con scambio della sequenza dei tre semiconduttori.

15 Esempio di implementazione di transistor n-p-n su wafer di silicio

16 Transistor p-n-p non polarizzato Schema Concentrazioni Campo Elettrico Livelli Energetici

17 Modi di funzionamento di un BJT Modo Em-Base Col-Base Interdizione Zona Attiva Saturazione Attiva Invertita Inversa Inversa Diretta Inversa Diretta Diretta Inversa Diretta

18 Transistor p-n-p in regione attiva Schema Concentrazioni Campo Elettrico Livelli Energetici

19 Regime attivo di un BJT () E

20 Regime attivo di un BJT (2) Concentrazione dei portatori per un BJT n-p-n

21 Regime attivo di un BJT (3) Correnti: ic (di collettore) ic = IEe(v BE /VT) ib (di base) ib = ic/β ie (di emettitore) ie = ib + ic ic = α ie β = costante che dipende dal particolare transistor β = = guadagno di corrente ad emettitore comune α = β /(β + ) = guadagno di corrente a base comune

22 Concentrazioni di portatori minoritari nei vari regimi di un p-n-p

23 Correnti in un transistor ()

24 Correnti in un transistor (2) IC = αn IE ICs(ev BC /VT ) Componenti di transistor IE = αi IC IEs(ev /VT BE ) Componenti di diodo (correnti di saturazione inversa) Equazioni di Ebers-Moll per transistor n-p-n αn= frazione di IE che attraversa la giunzione di collettore ; αi = frazione di IC che attraversa la giunzione di emettitore ; Due equazioni in due incognite IC e IE si posso risolvere:

25 Correnti in un transistor (3) IE = (ev /VT -)IEs/(- αn αi ) (ev /VT -) αnies/(- αn αi ) (ev BE IC = (ev BE BC - ) αi ICs/(- αn αi) /VT BC /VT - )ICs/(- αn αi) IE = IB + IC αnies= αiics

26 Il Transistor come amplificatore () Montaggio a base comune: vbe vc

27 Il transistor come amplificatore (2) Se si applica un segnale vbe vbe Grandezze: ic = Ise(v /VT) BE = Ise(V +vbe /VT) BE = totale =ICe(v be VBE + vbe non perturbata segnale /VT) se vbe << VT ic IC( + vbe/vt ) ic = IC + ic Il segnale ic è dato da: ic = ICvbe/VT ) ic = gm vbe con gm = IC/VT = transconduttanza

28 Il transistor come amplificatore (3) La corrente di base vale: ib = ic/β = IC(+vbe/VT ) /β = IB + ib i =I v b /(βvt ) = gmvbe/β vbe= rπib C be con rπ = β /gm

29 Il transistor come amplificatore (4) La corrente di emettitore invece vale: ie = ic/ α = (IC + ic )/α = IE + ie ie = ic/α = ICvbe/(αVT ) = IEvbe/VT vbe = reie re = VT /IE = α/gm = /gm r =(i / i )r =r (β + ) π e b e e v = ri=ri be π b e e A seguito di un segnale vbe tra emettitore e base scorre una corrente nel collettore ic = gmvbe proporzionale a vbe.

30 Il transistor come amplificatore (5) Qual è il guadagno di tensione? vc = VCC icrc =VCC (IC+ ic)rc = vc = (VCC ICRC) icrc = VC icrc vc = VC vc vc = icrc = gmvberc vc = (RC gm) vbe vc / vbe = (RC gm) = guadagno di tensione

31 Simulazione Amplificatore Vcc 232k RB 500 RL Vout 7.5n C Vs Q2N2222 Q 600 R2 V

32 Il transistor in interdizione In interdizione le giunzioni sono polarizzate inversamente cioè vbe/vt << - e vcb/vt << - ; IE IEs(ev /VT -) /(- αn αi ) + αi ICs/(- αn αi) IE IEs(ev /VT + αn )/(- αn αi ) e poiché αn BE BE IE IEsev /(- αi ) IEs e anche: IC ICsev /V /(- αi ) solo correnti di diodo IC na µa /VT BE BE T

33 Il transistor in saturazione In satutazione le giunzioni sono polarizzate direttamente VBC/VT >> + e VBE/VT >> + In principio: VCE(sat)= VCB+VBE = VBE VBC = VCE(IC,T, IB) Per i casi normali si può dimostrare che: VCE 0.2 V si minimizza la caduta di potenziale ai capi del transistor quando il transistor è in saturazione, ossia l interruttore è chiuso. IC = (VCC VCE)/ RL

34 Il transistor come interruttore () Il transistor T di fig. (a) rimpiazza funzionalmente l interruttore S di fig. (b). Il comportamento di T è definito dalla vbe.

35 Simulazione del transistor come interruttore -3 V2 V 500 R3 Vout 47k R2 Q2N2222 Q Vs V Scala: 2 µs/div

36 Il transistor come diodo Un transistor può funzionare anche come diodo. Nella costruzione dei circuiti integrati si costruiscono transistor che poi vengono adattati a diodi, per ottimizzare i processi di produzione solo su di un componente, il transistor appunto.

37 Simulazione Transistor come Diodo Vout 47k R2 Q2N2222 Q Vs V τ = R2 Cd

38 Il transistor come interruttore (2) Ci sono tre regioni di funzionamento: 4) Saturazione 6) Attiva 8) Interdizione Le varie linee corrispondono a diverse correnti di emettitore

39 Montaggio a Base Comune

40 Montaggio a Emettitore Comune

41 Montaggio a Collettore Comune