Elettronica I Circuiti con diodi; introduzione al transistore bipolare a giunzione

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1 Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe Valetio Liberali Diartimeto di Tecologie dell Iformazioe Uiversità di Milao, Crema liberali@dti.uimi.it htt:// liberali Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 1 Esemio 1: circuito raddrizzatore v D D R + v OUT v IN - v IN (t)=v 0 si2π f t, co V 0 = 10 V, f= 50 Hz D: diodo i silicio co V γ = 0.7 V R=1 kω Ricavare la tesioe di uscita v OUT i fuzioe del temo. Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 2 1

2 Esemio 2: circuito logico OR R 2 D 2 v 2 v 1 R 1 D 1 + v OUT R 3 R 1 = R 2 = 50Ω; R 3 = 1 kω D 1, D 2 : diodi i silicio co V γ = 0.7 V Ricavare la tesioe di uscita v OUT i fuzioe degli igressi v 1 e v 2, che ossoo assumere idiedetemete i due valori di tesioe: 0 V (corrisodete al bit 0 ) e 5 V (corrisodete al bit 1 ). - Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 3 Esemio 3: circuito logico AND V DD R 3 R 2 D 2 v 2 v 1 + v OUT R 1 D 1 - R 1 = R 2 = 50Ω; R 3 = 1 kω; V DD = 5 V D 1, D 2 : diodi i silicio co V γ = 0.7 V Ricavare la tesioe di uscita v OUT i fuzioe di v 1 e v 2. Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 4 2

3 Cocetrazioe dei ortatori (1/5) I u diodo idichiamo le cocetrazioi dei ortatori co due lettere: la rima idica il tio di ortatori; il edice deota il tio di materiale. = cocetrazioe di lacue el semicoduttore di tio = cocetrazioe di elettroi el semicoduttore di tio = cocetrazioe di elettroi el semicoduttore di tio = cocetrazioe di lacue el semicoduttore di tio = = 2 i (legge dell azioe di massa) ; Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 5 Cocetrazioe dei ortatori (2/5) I ascissa: distaza dalla giuzioe (x=0 è la giuzioe) I ordiata: cocetrazioi dei ortatori x= 0 x Giuzioe olarizzata iversamete La regioe di carica saziale (attoro a x=0) è comletamete svuotata. Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 6 3

4 Cocetrazioe dei ortatori (3/5) I ascissa: distaza dalla giuzioe (x=0 è la giuzioe) I ordiata: cocetrazioi dei ortatori o o x= 0 x Giuzioe olarizzata direttamete Iiezioe di ortatori: le lacue vegoo iiettate dalla regioe ella regioe ; gli elettroi vegoo iiettati dalla regioe ella regioe (codizioe di o equilibrio). Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 7 Cocetrazioe dei ortatori (4/5) o o x= 0 x Giuzioe olarizzata direttamete Per effetto della ricombiazioe, la cocetrazioe di ortatori dimiuisce allotaadosi dalla giuzioe, co adameto esoeziale: (x)= (0)e x L+ o (x)= (0)e x L+ o Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 8 4

5 Cocetrazioe dei ortatori (5/5) o o x= 0 x (x)= (0)e x L+ o (x)= (0)e x L+ o o, o : cocetrazioe di ortatori mioritari i asseza di iiezioe (0), (0): iiezioe di ortatori ella giuzioe (x=0) L, L (costati): lughezze di diffusioe degli elettroi e delle lacue; L > L erché gli elettroi soo iù mobili delle lacue. Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 9 Correte ella giuzioe - La correte i u diodo è dovuta ad etrambi i tii di ortatori: I= I + I I = correte dovuta alle lacue iiettate da a I = correte dovuta agli elettroi iiettati da a È maggiore la correte dovuta ai ortatori roveieti dal lato iù drogato. Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 10 5

6 Trasistore biolare a giuzioe (1/5) (BJT = Biolar Juctio Trasistor) È costituito da DUE giuzioi - searate da ua distaza miore della lughezza di diffusioe dei ortatori: x B < L E emettitore B base C collettore x B Può essere di tio (figura) oure. Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 11 Trasistore biolare a giuzioe (2/5) E emettitore B base C collettore x B E = emettitore (emitter) B = base (base) C = collettore (collector) Quado la giuzioe E-B è olarizzata direttamete e la giuzioe C-B è olarizzata iversamete si ha l effetto trasistor. Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 12 6

7 Trasistore biolare a giuzioe (3/5) = lacue = elettroi I E E B C I C ricombiazioe I B regioe di svuotameto Giuzioe E-B: iiezioe di ortatori Base sottile (x B L ): la maggior arte delle lacue iiettate raggiuge la giuzioe di collettore seza ricombiarsi Giuzioe C-B olarizzata iversamete: le lacue vegoo attirate verso C dal oteziale di giuzioe Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 13 Trasistore biolare a giuzioe (4/5) EMETTITORE PIÙ DROGATO DELLA BASE er avere ua correte dovuta quasi esclusivamete ai ortatori iiettati dall emettitore (lacue er u trasistore ; elettroi er u trasistore ) BASE SOTTILE er avere oca ricombiazioe di ortatori ella base Quado la giuzioe E-B è olarizzata direttamete e la giuzioe C-B è olarizzata iversamete (regioe attiva), quasi tutti i ortatori iiettati dall emettitore attraversao la base seza ricombiarsi e vegoo raccolti dal collettore I C =αi E coαquasi uguale a 1 (maα<1 erché c è I B ) Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 14 7

8 Trasistore biolare a giuzioe (5/5) = lacue = elettroi I E E B C I C ricombiazioe I B regioe di svuotameto I C =αi E I E = I C + I B I B = (1 α)i E (di solito i regioe attiva I B è trascurabile) Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 15 Simbolo del trasistore biolare I E E C I C V EB I B B V CB Trasistore PNP I E E C I C V BE I B B V BC Trasistore NPN Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 16 8

9 Guadago di correte del BJT (1/2) I E E C I C V EB I B B V CB I C =αi E I E = I C + I B I B = (1 α)i E I C = α 1 α I B=βI B β = guadago di correte Normalmete,β 1. Ad esemio, seα=0.99,β 100. Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 17 Guadago di correte del BJT (2/2) Il trasistore biolare olarizzato i regioe attiva (giuzioe E-B i diretta, giuzioe C-B i iversa) si comorta da amlificatore di correte (geeratore di correte cotrollato i correte). La correte di igresso è la correte di base I B La correte di uscita è la correte di collettore I C Il guadago di correte èβ: β= α 1 α 1 1 α (seα 1) Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 18 9

10 Regioi di fuzioameto del BJT (1/2) giuzioe E-B giuzioe C-B fuzioameto iversa iversa iterdizioe (seto, off ) diretta iversa regioe attiva (diretta) diretta diretta saturazioe iversa diretta regioe attiva (iversa) Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe. 19 Regioi di fuzioameto del BJT (2/2) Quado il trasistore è i iterdizioe (seto), le correti soo ulle: I B = I C = I E = 0 Quado il trasistore è i saturazioe, la differeza di oteziale tra E e C è trascurabile: V EB = V γ V CB = V γ V CE 0 Quado il trasistore è i regioe attiva: V EB = V γ I C =βi B Elettroica I Circuiti co diodi; itroduzioe al trasistore biolare a giuzioe