Elettronica II Modello del transistore bipolare a giunzione p. 2

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Adriana Grasso
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1 lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione Valentino Liberali Diartimento di Tecnologie dell Informazione Università di Milano, rema liberali@dti.unimi.it htt:// liberali lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 1 arica nella giunzione regione di svuotamento cariche fisse n -x 0 x n x Se la giunzione è olarizzata inversamente, la lunghezza della regione di svuotamento è: x n x = 2ε Si q 0 ( 1 1 ) (V J V D ) N A N D La carica nella regione di svuotamento è: Q n = q 0 Sx n N D ; Q = q 0 Sx N A lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 2 1

2 aacità di giunzione (1/2) La carica nella regione di svuotamento è: Q n = q 0 Sx n N D ; Q = q 0 Sx N A Poiché la carica totale della regione di svuotamento varia al variare della tensione alicata, la caacità di iccolo segnale della giunzione olarizzata inversamente è: j = dq dv D = q 0 SN A dx dv D lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 3 aacità di giunzione (2/2) Poiché x n = x N A N D, risulta: dx = 1 ε ( Si dv D N A 2q 1 0 NA N 1 D )(V J V D ) e quindi la caacità è: j = S q 0 ε Si 2( 1 NA N 1 D )(V J V D ) lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 4 2

3 aacità di diffusione (1/2) In una giunzione olarizzata direttamente, la caacità di giunzione è trascurabile; diventa redominante l effetto dovuto all iniezione di ortatori minoritari. La carica iniettata dal lato verso il lato n è: Q = SJ τ e carica iniettata dal lato n verso il lato è:: Q n = SJ n τ n omlessivamente, la carica totale è: Q = I D τ dove τ è il temo di vita medio dei ortatori iniettati. lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 5 aacità di diffusione (2/2) La caacità di diffusione dovuta ai ortatori iniettati è: D = dq dv D Sostituendo Q = I D τ ed esrimento I D in funzione di V D, otteniamo: D = τ di D dv D = τ I S 1 V T ex V D V T τ I D V T = τ g d = τ r d lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 6 3

4 Modello er iccoli segnali della giunzione onsiderando sia la resistenza sia la caacità di iccolo segnale, il modello del diodo a giunzione è: D r d d Se il diodo è olarizzato direttamente, r d = V T ID caacità di diffusione: d = D = r τ. d e d è la Se il diodo è olarizzato inversamente, r d e d è la q caacità di giunzione: d = j = S 0 ε Si ) 2( 1 NA N 1 D (V J V D ). lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 7 Transistore biolare a giunzione (1/6) Il transistore biolare a giunzione (JT) è costituito da due giunzioni -n searate da una distanza minore della lunghezza di diffusione dei ortatori (er un JT PNP, x < L ). emettitore base n collettore x Quando la giunzione base-emettitore è olarizzata direttamente e la giunzione base-collettore è olarizzata inversamente si ha l effetto transistor (transistore in regione attiva). lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 8 4

5 Transistore biolare a giunzione (2/6) = lacune = elettroni I I n ricombinazione I regione di svuotamento La corrente che attraversa la giunzione - è costituita da lacune iniettate dall emettitore verso la base e da elettroni iniettati dalla base verso l emettitore. La corrente totale di emettitore è: I = I I n (I è la corrente di lacune e I n è la corrente di elettroni). lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 9 Transistore biolare a giunzione (3/6) I I I I n I L efficienza di emettitore è: I = I I n α = I I e α è rossimo all unità se l emettitore è molto iù drogato della base. lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 10 5

6 Transistore biolare a giunzione (4/6) I I I I n Ricomb. in base I I Le lacune che non si ricombinano nella regione di base vengono attirate dal camo elettrico della giunzione - olarizzata inversamente e sono raccolte dal collettore. La corrente di lacune nel collettore è: I = α T I dove α T è l efficienza di trasorto (tanto maggiore quanto iù la base è sottile). lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 11 Transistore biolare a giunzione (5/6) I I I I n Ricomb. in base I I Trascurando la corrente di elettroni nel collettore (che è molto iccola, dal momento che la giunzione - olarizzata inversamente), si ottiene: dove α = α T α. I = I = α T I = α T α I = αi lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 12 6

7 Transistore biolare a giunzione (6/6) Ricordando che I = I I, si ricava: I α = I I, da cui: I = α 1 α I = βi In regione attiva, il transistore biolare è un amlificatore di corrente con guadagno β. lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 13 Modello er iccoli segnali del JT (1/2) r µ µ i b Q r π π βi b Il modello er iccoli segnali in regione attiva tiene conto: della giunzione -, modellizzata da r π = V T I e π = τ r π ; della giunzione -, modellizzata da µ = j e r µ ; dell effetto transistor, modellizzato dal generatore di corrente controllato in corrente avente guadagno β. lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 14 7

8 ffetto arly (1/2) Nel JT, all aumentare della tensione inversa tra base e collettore, aumenta la rofondità della regione di svuotamento nella base e quindi si riduce la lunghezza effettiva della base (non svuotata). La ricombinazione in base diminuisce e l efficienza di trasorto aumenta, facendo aumentare la corrente di collettore (effetto arly). i v i in funzione di v er diversi valori di i lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 15 ffetto arly (2/2) I rolungamenti verso sinistra delle semirette tensione-corrente del JT in regione attiva (er differenti valori della corrente di base i ) si incontrano sull asse delle tensioni in corrisondenza di un valore negativo chiamato tensione di arly ( V A ). i -V A v La endenza della caratteristica in regione attiva è I /V A. lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 16 8

9 Modello er iccoli segnali del JT (2/2) r µ µ i b Q r π βi b r ce π Questo modello er iccoli segnali tiene conto anche dell effetto arly, modellizzato dalla resistenza r ce = V A I. lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 17 Amlificatori a singolo transistore (1/2) Volendo realizzare un amlificatore (di tensione o di corrente) con un transistore biolare, uno dei tre terminali (,, ) deve essere messo in comune tra ingresso e uscita. Si hanno erciò tre configurazioni di amlificatori: i out i in v in v out Stadio a emettitore comune ( = common emitter) lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione. 18 9

10 Amlificatori a singolo transistore (2/2) v in v out i in i out Stadio a collettore comune ( = common collector) i in i out v in v out Stadio a base comune ( = common base) lettronica II Modello del transistore biolare a giunzione

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