Il transistore bipolare

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Silvana Sasso
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1 Il transistore bipolare Il transistore è un componente base dell elettronica. Il suo nome significa transfer resistor (resistore di trasferimento). In questi appunti parliamo del BJT (bipolar junction transistor). In alto la struttura (due giunzioni PN) rispettivamente del PNP e dell NPN, in basso il simbolo circuitale. La costruzione delle due giunzioni impone, per un corretto funzionamento, un drogaggio diverso per le tre zone. In particolare la zona di base deve essere poco drogata rispetto a quella dell emettitore e deve essere molto sottile (alcuni micron). A destra si nota come funzionano le correnti: la giunzione BE è polarizzata direttamente, quella CB inversamente. La corrente tra B ed E è sostanzialmente dovuta agli elettroni provenienti dall emettitore (la base è debolmente drogata), giungono praticamente tutte al collettore e riescono a superare la barriera di potenziale della giunzione CB per effetto della polarizzazione esterna. In sostanza la piccola corrente di base riesce a determinare la quantità di corrente tra emettitore e collettore. La polarizzazione è quindi fondamentale per un corretto funzionamento del transistore, che può essere utilizzato con diverse configurazioni. Quella ad emettitore comune è la seguente: Tale configurazione (common emitter) prevede l emettitore in comune fra le maglie d ingresso e di uscita, permette di ottenere una buona amplificazione di corrente (la I B è molto più piccola della I C) Vediamo adesso le varie caratteristiche: 1

La costruzione delle due giunzioni impone, per un corretto funzionamento, un drogaggio diverso per le tre zone.

2 A sinistra si riconosce la caratteristica tipica di un diodo (in effetti la giunzione BE), detta di ingresso. A destra quella di trasferimento (cioè tra ingresso ed uscita) di seguito le caratteristiche di uscita e la variazione della h FE (rapporto fra I C ed I B) in funzione di I C e V CE. Analizziamo un po meglio le caratteristiche di uscita: a sinistra si nota la zona di saturazione (I C dipende sostanzialmente da V CE), le giunzioni sono entrambe polarizzate direttamente e si ha VCE < VBE. In questa situazione valori tipici sono V CE (sat) 0,2 V V BE (sat) 0,8 V In basso troviamo la zona di interdizione, dove è praticamente nulla la corrente I C. Al centro la zona lineare in cui deve trovarsi il transistore nel funzionamento da amplificatore di corrente. La rete di polarizzazione a sinistra consente, nel modo più semplice, di far funzionare correttamente il transistore. Per individuare il punto di lavoro si ricorre alle rette di carico delle seguenti figure: 2

Analizziamo un po meglio le caratteristiche di uscita: a sinistra si nota la zona di saturazione (I C dipende sostanzialmente da V CE), le giunzioni sono entrambe polarizzate direttamente e si ha VCE

3 A sinistra si ha la caratteristica d ingresso per la quale vale la relazione A destra quella d uscita che si basa sulla + + Per disegnare le rette di carico occorre mettere l ordinata in funzione dell ascissa, per cui le precedenti si devono scrivere come di seguito: Per tracciare le rette torna comodo, per la prima imporre V BE 0 e V BE V CC, per la seconda V CE 0 e V CE V CC 0,7 Per stabilizzare il punto di lavoro si può inserire una resistenza sull emettitore, quindi in definitiva si adotta (serve un solo generatore) il seguente schema: Lo studio di questo schema viene fatto tramite il teorema di Thevenin. 3

per la prima imporre V BE 0 e V BE V CC, per la seconda V CE 0 e V CE V CC 0,7 Per stabilizzare il punto di lavoro si può inserire una resistenza sull

4 Nel seguente schema si utilizza il transistore come amplificatore di piccoli segnali: si nota come il generatore di segnali sovrapponga la propria corrente a quella di base dovuta alla polarizzazione. Di seguito l andamento della corrente di uscita: caratteristiche d ingresso caratteristiche d uscita 4

propria corrente a quella di base dovuta alla polarizzazione.

5 Per finire alcuni contenitori dei transistori più diffusi: Se vogliamo utilizzare il transistore da switch, consideriamo il seguente schema: il dimensionamento viene fatto nel seguente modo: ( ) ( ) ,6 ( ) 5 0,8 3,9 10 1,08 Dalle caratteristiche del 2N2222A risulta, per I C 10 ma una h FE(min) 75, pertanto la condizione di saturazione risulta dalla relazione > ( ) h ( ) 10,6 75 0,141 5

( ) 5 470 10,6 ( ) 5 0,8 3,9 10 1,08 Dalle caratteristiche del 2N2222A risulta, per I C 10 ma una

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