Transistore bipolare a giunzione (BJT)

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1 ansste plae a gunzne (J) Pate 1 (esne del ) ansste plae a gunzne (J) l tansste plae a gunzne è un dspst csttut da un cstall semcndutte sudds n te egn l dspst è dett plae peché l su funznament s asa su ptat d caca d entam le platà, mente sn dett unpla dspst ne qual la cente è duta a ptat d caca d un sl tp Nelle due egn alle estemtà ppste del cstall, dette emettte () e cllette (), engn ntdtt dgant dell stess tp Nella egne ntale, detta ase (), engn ntdtt dgant del tp ppst n quest md s fman due gunzn pn ase-emettte () ase-cllette () 2

2 ansst npn e pnp La stuttua può essee ealzzata n due md, che cspndn a tansst d tp npn e d tp pnp 3 Nte n segut s faà fement pealentemente a tansst d tp npn, dat che questa è la cnfguazne utlzzata pù fequentemente sultat elat a tansst npn pssn essee faclmente estes a tansst pnp mdfcand pptunamente es d fement delle tensn e delle cent Nella patca tansst nn hann una stuttua smmetca cme ndcat negl schem d pncp ttualmente tansst engn ealzzat pealentemente n fma planae tuttua semplfcata d un tansste planae 4

3 egn d funznament n elazne a pssl stat d cnduzne delle due gunzn s pssn dstnguee quatt egn d funznament Plazzazn delle gunzn nesa nesa Detta nesa Detta Detta nesa Detta egne d funznament ntedzne Nmale atuazne nesa La egne nesa, nella quale ul dell emettte e del cllette sn scamat, nella patca nn ene ma utlzzata 5 Pncp d funznament assegnan es entant alle cent d cllette e d ase e es usnte alla cente d emettte cnsdea l dspst plazzat nella egne nmale ta temnal ed ene applcata una tensne > 0 ta temnal e ene applcata una tensne < 0 e l spesse della egne d ase è eleat nn s hann nteazn ta le due gunzn e l dspst s cmpta cme una cppa d dd n patclae, gl elettn nettat dall emettte nella egne d ase s cmnan cn le lacune, cntuend alla cente d ase, qund n pssmtà della gunzne la cnntazne d elettn è patcamente nulla n queste cndzn, dat che la cente attaes la gunzne, plazzata n nesa, è tascuale, s ha 0 6

4 Pncp d funznament ase laga nessuna nteazne ta le gunzn e 7 Pncp d funznament dund l spesse della egne d ase a al suffntemente pccl (fazn d µm) aumenta la paltà che gl elettn nettat nella egne d ase escan a ptas n pssmtà della gunzne pma d cmnas Dat che la gunzne è plazzata n nesa, n pssmtà della gunzne è pesente un camp elettc cn es tale da spngee gl elettn pesent nella egne p (cache mntae) ad attaesae la gunzne l dmnue dell spesse della egne d ase, una pate sempe pù cnsstente degl elettn nettat nella egne d ase ene attata dal cllette, dand gne ad una cente d cllette pgessamente cesnte, mente s du la cente d ase (effett tansst) 8

5 Pncp d funznament ase stetta effett tansst N N 9 Pncp d funznament e l spesse della egne d ase è mlt pccl, la magg pate degl elettn nettat dall emettte aggunge l cllette n queste cndzn, la cente d ase è duta pealentemente alle lacune nettate dalla ase es l emettte e le cnntazn de dgant nelle egn d emettte, N, e d ase, N, sn ugual anche le cent dute agl elettn e alle lacune che attaesan la gunzne sn ugual La cente d ase e la cente d cllette sn dell stess dne d gandezza e N >> N, le lacune nettate dalla ase dann un cntut mlt pccl alla cente attaes la gunzne La cente d cllette assume al pssm a quell della cente d emettte La cente d ase è mlt pccla spett alla cente d cllette 10

6 Pncp d funznament ase stetta effett tansst N >> N << 11 Pncp d funznament Nelle ealzzazn patche la agne d ase ha un spesse mlt pccl (< 1 µm) la egne d emettte è ftemente dgata mente la egne d ase è delmente dgata, nlte, pe mt che saann chat n segut (effett aly), la egne d cllette è dgata pù delmente della ase Nella egne nmale, tascuand l cntut della cente d satuazne della gunzne, s ha = guadagn d cente dett a ase cmune (al tpc ) e s netn ul dell emettte e del cllette s ha ugualmente l effett tansst =guadagn d cente nes a ase cmune peò, dat che l dspst è ftemente asmmetc, l ale d sulta mlt mne d 12

7 Mdell d s e Mll n cndzn geneal, le elazn ta le tensn delle gunzn e le cent sn espesse dalle equazn d s e Mll de / e 1 e / 1 Qund la cente d ase è 1 1 paamet e sn legat dalla elazne ( = cente d satuazne) Queste equazn pssn essee ntepetate medante un ccut equalente fmat da due dd e due geneat dpendent 13 Mdell d s e Mll La cente d ase è data dalla smma d n temne dpendente da e un dpendente da Le espessn d quest temn s pssn pe nella fma 1 / / 1 e 1 e 1 de 1 / / 1 e 1 e guadagn d cente dett a emettte cmune (al tpc dell dne d ) guadagn d cente nes a emettte cmune (al tpc dell dne d ) 14

8 Mdell d s e Mll sland temn e nelle espessn d e s ttene de 1 1 e e / / 1 1 Queste equazn pssn essee ntepetate medante un ccut equalente semplfcat nel quale cmpae un unc geneate dpendente 15 Mdell d s e Mll / / / e e e 1 / / / e e e 1 / / e 1 e 1 16

9 egne nmale Nella egne nmale, dat che la gunzne è ntedetta, le espessn delle cent s ducn a e / e / 1 / e 1 Queste equazn pssn essee ntepetate medante un ccut equalente fmat da un dd cn cente d satuazne / e un geneate dpendente pltat dalla cente (, n altenata, un geneate dpendente nn lneae pltat dalla tensne ) 17 atuazne Le elazn pedent ndcan che nella egne nmale la cente d cllette è detemnata uncamente dalla cente d ase ( n md equalente dalla tensne ) e nn dpende dalla tensne Quand la gunzne enta n cnduzne s ha una duzne della cente d cllette, che tende ad annullas, ed un ncement della cente d ase e e / / 1 1 e / e / l appt ta la cente d cllette e la cente d ase, che nella egne nmale ale, nella egne d satuazne è mne d 18

10 atuazne Pe defne cnenznalmente l cnfne ta la egne d satuazne s può utlzzae l ale del appt ta le cent e / 1 / / 1 e 1 e e 1 / / / / e 1 e / e e e / e assume che l dspst sa n satuazne quand l appt dene nfee ad una fazne pefssata,, d Quest cmpta che la tensne snda al d stt d un ale sat defnt dalla elazne 1 sat ln (1 ) Pe 0.9 cn al tpc d e s ttengn al d sat ta 0.15 e ue caattestche Nmalmente le caattestche de tansst sn appesentate medante famgle d cue che ptan gl andament d n funzne d cn tattat cme paamet (caattestche d ngess ad emettte cmune) n funzne d cn tattat cme paamet (caattestche d uscta ad emettte cmune) aattestche d ngess: Nella egne nmale sn patcamente ndpendent da e sn sml alla cua caattestca d un dd n satuazne s ha un fte aument d al dmnue d aattestche d uscta: Nella egne nmale sn ette zzntal Nella egne d satuazne dmnus apdamente, mente s hann pccle aazn d 20

11 aattestche d ngess 21 aattestche d uscta 22

12 ffett aly Nella egne nmale le cue caattestche d un tansste eale nn sn esattamente zzntal, cme pest dal mdell d s e Mll, ma aumenta cn Quest è duta al fatt che all aumentae d (e qund d ) s ha un allagament della egne sutata n cspndenza della gunzne e qund una duzne della laghezza effca della egne d ase (effett aly) L enttà dell effett può essee dtta endend l cllette pù delmente dgat della ase (n quest md la egne sutata s estende pealentemente dal lat del cllette) 23 ffett aly Nella egne nmale le caattestche nn sn paallele, ma, se plungate, cnegn n un punt sull asse delle ascsse cspndente a ( tensne d aly) L effett aly può essee appesentat mdfcand, nella egne nmale, l espessne d nel md seguente / e 1 24

13 Mdell a sgla l mdell d s e Mll è nn lneae, qund nn cnsente d detemnae sluzn n fma chusa Nel cas n cu è suffnte una alutazne appssmata è pssle utlzzae un mdell asat su una appssmazne lneae a tatt delle equazn del dspst (mdell a sgla) Quest mdell fa us d una desczne a sgla de dd che appesentan le gunzn e Pe la gunzne nmalmente ene utlzzata una tensne d causa della stuttua asmmetca del dspst, pe la gunzne s fa us d una tensne d sgla nfee spett a La dffeenza ta le due tensn d sgla appesenta la tensne d satuazne sat 25 Mdell a sgla egne d ntedzne: ntam le gunzne sn ntedette < < utte le cent sn nulle: egne nmale: La gunzne è n cnduzne = >0 La gunzne è ntedetta < > sat egne d satuazne: ntam le gunzn sn n cnduzne sat ( n satuazne sn fssate le tensn, mente le cent dpendn sl dal ccut esten) Le cent nelle gunzn sn pste: 0 0 nlte n satuazne ale la cndzne 26

14 Mdell a sgla egne nmale ntedzne atuazne 27 Mdell a sgla egne d funznament ntedzne Nmale atuazne quazn sat ndzn d aldtà 0 sat 0 28

15 mpeg del tansste cme amplfcate llegand una esstenza al cllette s ttene una tensne dpendente dalla tensne Nella egne nmale la caattestca d tasfement - cntene un tatt cn andament appssmatamente lneae 29 mpeg del tansste cme amplfcate pssle ttenee un amplfcate lneae plazzand l tansste medante un geneate cstante 0 l punt Q sulla caattestca è dett punt d plazzazne punt d ps 30

16 mpeg del tansste cme amplfcate e l punt Q s ta nel tatt lneae, sappnend a 0 un pccl segnale (t), s ttene n uscta la tensne 0 (t), cn (t) patcamente ppznale a (t) 31 nals pe pccl segnal La elazne ta (t) e (t), può essee ttenuta lneazzand le equazn del tansste nell ntn del punt d ps Q ( 0 ) ( 0 ) 0 ( 0, 0 ) ( 0, 0 ) 0 0 Qund s ttene 0 g 0 ndca che le deate sn calclate nel punt d ps c 0 0 g m g 32

17 nals pe pccl segnal L anals del ccut può essee slta n te fas Detemnazne del punt d ps, n assenza del segnale (t) Lneazzazne nell ntn del punt d ps nals del ccut lneazzat, n cu è pesente l sl geneate (t) e geneat d plazzazne sn azzeat (ccut equalente pe pccl segnal) 33 Mdell pe pccl segnal Le equazn lneazzate pssn essee ntepetate medante l seguente ccut equalente Le espessn de paamet sn g 0 / m e g 0 e 0 / 0 0 g 0 e 0 /

18 Mdell pe pccl segnal l ccut equalente pe pccl segnal può essee dsegnat nel md seguente paamet sn defnt dalle elazn 1 1 g 0 g m g g m 0 g m 1 g 0 1 g mplfcat ad un tansste nfguazn fndamental mettte cmune ase cmune llette cmune 36

19 mplfcate ad emettte cmune ( t) s ( t) ngess ta ase e massa Uscta ta cllette e massa Nel ccut equalente pe pccl segnal la tensne d uscta cncde cn la tensne d 37 mplfcate ad emettte cmune nals pe pccl segnal 38

20 mplfcate ad emettte cmune Guadagn d tensne // Guadagn d cente esstenza d ngess n al appssmat pe n 39 mplfcate ad emettte cmune alcl della esstenza d uscta 0 ut 40

21 mplfcate ad emettte cmune l guadagn d tensne è negat e può essee gande n ale asslut qund è n ppszne d fase cn l guadagn d cente è pst e può assumee al eleat l guadagn d ptenza P può assumee al eleat La esstenza d ngess ha al med-ass (tpcamente dell dne del k) è pssle aumentae n dund la cente d cllette 0, ma quest cmpta anche una duzne del guadagn d tensne La esstenza d uscta ha al med-alt (tpcamente dell dne delle decne d k) 41 mplfcate a cllette cmune ( t) s ( t) ngess ta ase e massa Uscta ta emettte e massa Nel ccut equalente pe pccl segnal la tensne d uscta cncde cn la tensne d 42

22 mplfcate a cllette cmune nals pe pccl segnal mplfcate a cllette cmune Guadagn d tensne 1 // 1 // Guadagn d cente 1 esstenza d ngess n 1 // al appssmat pe n 1 44

23 mplfcate a cllette cmune alcl della esstenza d uscta 1 1 ut // 1 Pe s ha ut 1 45 mplfcate a cllette cmune l guadagn d tensne ha tpcamente al d pc nfe a 1, dat che n genee è tascuale spett a 1 pe quest l amplfcate a cllette cmune è dett anche nsegute d tensne nsegute d emettte (emtte fllwe) l guadagn d cente è negat e n genee pssm a 1 La esstenza d ngess ha al eleat (tpcamente dell dne delle ntnaa d k de M) La esstenza d uscta ha al pccl (tpcamente dell dne delle decne d ) Queste caattestche endn l amplfcate a cllette cmune patclamente adatt ad essee utlzzat cme stad sepaate (uffe) 46

24 tad sepaate (uffe) cnsdea un geneate cn esstenza ntena cllegat a una esstenza d cac L l dmnue d L la tensne dene pccla spett a è ftemente dpendente da L e s ntdu un uffe cn eleata mpedenza d ngess n >> la tensne all ngess del uffe è cca uguale a e patcamente ndpendente dalla esstenza d cac l geneate è patcamente nella cndzne d funznament a ut 47 tad sepaate (uffe) cut equalente assume che l guadagn a ut (cè pe ) dell amplfcate sa patcamente unta e l uffe ha guadagn cca unta e esstenza d uscta ut L la tensne è d pc nfee a è patcamente ndpendente da L mplessamente, dal punt d sta del cac, l uffe pemette d due la esstenza ntena del geneate lascand patcamente naata la sua tensne 48

25 mplfcate a ase cmune ngess ta emettte e massa Uscta ta cllette e massa Nel ccut equalente pe pccl segnal la tensne d uscta cncde cn la tensne d ( t) s ( t) 49 mplfcate a ase cmune nals pe pccl segnal 1 50

26 mplfcate a ase cmune Guadagn d tensne // Guadagn d cente 1 esstenza d ngess n 1 al appssmat pe 1 n 1 51 mplfcate a ase cmune alcl della esstenza d uscta 1 ut // Qund al sn cmpes ta e (1+ ) 52

27 mplfcate a ase cmune l guadagn d tensne è pst e uguale, n ale asslut, al guadagn dell amplfcate a emettte cmune l guadagn d cente è negat e ha mdul quas unta D cnseguenza l guadagn d ptenza è senslmente nfee a quell dell amplfcate a emettte cmune La esstenza d ngess è mlt pccla (tpcamente dell dne delle decne d ) La esstenza d uscta è mlt gande (tpcamente dell dne delle ntnaa d k de M) Queste caattestche endn l amplfcate a ase cmune adatt ad essee utlzzat cme nsegute d cente (può fne una cente d uscta cca uguale a quella d ngess, ma asscata ad una esstenza pù eleata) nlte la cnfguazne a ase cmune è usata cme amplfcate d tensne n cas patcla che chedn adattament n ngess cn lell ass d mpedenza (es. ca a ad fequenza) 53 nfnt ta le cnfguazn fndamental mettte cmune llette cmune ase cmune // 1 // 1 // // n 1 // ut // 1 1 // 54

28 nfnt ta le cnfguazn fndamental mettte cmune llette cmune ase cmune mdul >> 1 negat pc < 1 pst >> 1 pst >> 1 pst mdul >> 1 negat mdul pc < 1 negat n meda (~ 10 3 ) gande (~ ) pccla (~ ) ut meda (~ ) pccla (~ ) gande (~ ) (al tpc) 55 mplfcate ad emettte cmune cn esstenza d emettte ( t) s ( t) mplfcate ad emettte cmune mdfcat cn l nsement d un esste n see all emettte 56

29 mplfcate ad emettte cmune cn esstenza d emettte pplcand la LK s ttene e D egla ale l appssmazne e Qund nlte s ha 0 ο 57 Guadagn d cente mplfcate ad emettte cmune cn esstenza d emettte Guadagn d tensne esstenza d ngess n al appssmat pe (assumend anche ) n 58

30 mplfcate ad emettte cmune cn esstenza d emettte alcl della esstenza d uscta ut Qund al sn cmpes ta e (1+ ) 59 mplfcate ad emettte cmune cn esstenza d emettte mplessamente gl effett dell ntduzne della esstenza d emettte sn ument della esstenza d ngess, che è appssmatamente detemnata dal pdtt Dmnuzne del guadagn d tensne, che peò, dpende n md men sensle da, ed è patcamente detemnat dal appt ta e ument della esstenza d uscta 60

31 l tansste cme nteutte cmandat Nell mpeg cme amplfcate l tansste ene fatt funznae nella egne nmale Nell mpeg cme nteutte cmandat l tansste laa nella egne d ntedzne e nella egne d satuazne 61 l tansste cme nteutte cmandat l tansste è ntedzne se n queste cndzn s cmpta cme un nteutte apet 0 l tansste è n satuazne se sat n queste cndzn s cmpta cme un nteutte chus sat 0 L uscta è a lell ass quand l ngess è a lell alt e esa qund l ccut slge la funzne d nete 62