Il transistor

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Il transistor
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• il transistor è un dispositivo a semiconduttore
  che sfrutta le proprietà della giunzione p-n.
• esistono molte diverse strutture che sono state
  elaborate per diverse applicazioni
• può essere schematizzato come un regolatore o
  generatore di corrente o di tensione
• può svolgere sia la funzione di switch
  (commutatore o interruttore) che quella di
  amplificatore
• si possono individuare 2 grandi categorie di
  transistor in base al verso di scorrimento della
  corrente rispetto alla giunzione
• transistor bipolari a giunzione (BJT) corrente
  perpendicolare alla giunzione
• transistor ad effetto di campo (JFET o MOSFET)
  corrente parallela alla giunzione

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transistor BJT

• un BJT è costituito da 3 strati di SC drogato.
• si possono avere due diverse configurazioni pnp
  oppure npn
• generalmente si usa silicio
• una piccola variazione della corrente (o della
  tensione) nella base
• comporta un rapido cambiamento nel resto
  dellapparato ? base è un
• elettrodo di controllo (switch)

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transistor BJT due giunzioni p-n che
condividono uno strato di silicio intermedio
drogato 2 condizioni per il corretto
funzionamento del transistor 1 larghezza
della base ltlt lunghezza di diffusione ( 1
mm) lunghezza di diffusione distanza
percorsa dai portatori di carica nei
pressi della giunzione prima di ricombinarsi 2
emettitore ha un drogaggio più intenso della
base. il funzionamento del transistor è
determinato dalla polarizzazione delle due
giunzioni. In sostanza si possono individuare 4
diverse regioni di funzionamento del
transistor. 1 BE diretta - CB inversa ? zona
attiva 2 BE inversa CB inversa ? zona
interdizione 3 BE diretta CB diretta ? zona
saturazione 4 BE inversa CB diretta ? zona
attiva inversa
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• in un transistor pnp la corrente è dovuta
  (principalmente) a lacune emesse dallemettitore
  e raccolte dal collettore.
• Al contrario, in un transistor npn la corrente è
  dovuta agli elettroni.
• In entrambi i casi il valore di questa corrente è
  controllato dal valore della corrente di base.

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• se polarizziamo direttamente (forward) la
  giunzione emettitore-base gli elettroni (le
  lacune) che sono portatori maggioritari, passano
  nella base dove diventano portatori minoritari.
  npn pnp
• qui la polarizzazione inversa (reverse) della
  giunzione base-collettore trascina gli elettroni
  (le lacune) che sono minoritari, verso il
  collettore, dove sono nuovamente portatori
  maggioritari e rappresentano la componente
  prevalente della corrente di collettore.
• a causa dello spessore sottile della base gli
  elettroni (le lacune) non si ricombinano con le
  lacune (gli elettroni) della base e raggiungono
  laltra giunzione, cioè il collettore. A questo
  punto il campo elettrico dovuto alla
  polarizzazione inversa accelera gli elettroni (le
  lacune) nella regione di collettore.
• questo significa che la corrente di collettore
  sarà poco diversa da quella di emettitore e si
  avrà
• IC IE IB
• la corrente di base IB rimpiazza le lacune (gli
  elettroni) della base che si sono ricombinati con
  gli elettroni (le lacune) dallemettitore e
  rappresenta un frazione piccola della corrente di
  emettitore.
• quindi possiamo scrivere IE/IB 1/(1-a) dove a è
  un numero quasi uguale a 1.

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• Possiamo descrivere il comportamento del
  transistor (consideriamo per esempio un npn)
  anche da un altro punto di vista
• la corrente che attraversa la giunzione EB è
  costituita quasi esclusivamente da elettroni che
  dallemettitore arrivano nella base. Le lacune
  che fanno il percorso inverso sono poche perché
  lemettitore è molto più drogato della base.
• gli elettroni nella base hanno una bassa
  probabilità di ricombinarsi con le lacune perché
  la loro lunghezza di diffusione è maggiore dello
  spessore della base.
• se indichiamo con (1- a) la probabilità di
  cattura di un elettrone da parte di una lacuna
  nella base ( con a 1) ? un elettrone ha una
  probabilità a1 di raggiungere la giunzione BC e
  di attraversarla, essendo un portatore
  minoritario.
• quando un elettrone viene catturato da una lacuna
  della base, la batteria che alimenta la base
  provvede a rimpiazzare la carica libera perduta
  tramite la corrente di base. Poiché la
  ricombinazione ha una probabilità di (1- a),
  anche la corrente di base si potrà scrivere come
• IB (1- a) IE

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• la corrente tra collettore e base è proporzionale
  al numero di elettroni NON catturati dalle lacune
  nella base, quindi poiché la probabilità di
  sopravvivenza dellelettrone è a, si avrà IC
  aIE
• la corrente totale di collettore prevede anche un
  contributo dovuto ai portatori minoritari nel
  collettore.
• questa è la corrente inversa del diodo
  base-collettore che, nella maggior parte dei
  casi, si può trascurare.
• si può quindi scrivere
• IC IC Io aIE Io
• IE ICIB
• IC IC Io aIE IoaICaIBIo ? IC (1-a) a
  IB Io ?
• IC a / (1-a) IB 1 / (1-a) Io b IB
• 50 250 è il guadagno di corrente ( a
  emettitore comune) a
• volte indicato come hFE

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circuito di polarizzazione in configurazione a
emettitore comune
giunzione BC polarizzata inversamente
VC VE gt VB VE ? VC gt VB
VCE -
VBE -
curve caratteristiche
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• ricapitolando quindi
• 1 - nei circuiti analogici il BJT viene spesso
  usato come amplificatore nella
• configurazione a emettitore comune.
• 2 nella regione attiva il BJT funziona come un
  generatore di corrente controllato
• in corrente. Dato che IC aIE Io aIE b IB
  possiamo controllare la corrente
• di collettore attraverso la corrente di ingresso
  di base.
• A sua volta questa è determinata dalla
  polarizzazione della giunzione BE.
• Il BJT in zona attiva è utilizzato come
  amplificatore nei circuiti analogici.
• 3 Il transistor è interdetto quando entrambe le
  giunzioni sono polarizzate
• inversamente (gtgt VT). IE ed IC hanno valori
  dello stesso ordine di grandezza
• delle correnti di saturazione, mentre IB 0.
  Equivale ad un interruttore aperto.
• 4 zona di saturazione non è più verificata la
  linearita tra IB e IC. In particolare
• IC ltlt bIB. Entrambe le giunzioni sono
  direttamente polarizzate, VCE ha valori
• piuttosto bassi (0.2 V). La IC in questa zona è
  dovuta alle cariche minoritarie
• tra base e collettore. Questa condizione è
  simile a quella di un interruttore
• chiuso.
• 5 zona attiva inversa è analoga alla zona
  attiva diretta, ma il guadagno è
• inferiore, quindi il BJT non viene usato come
  amplificatore e trova applicazione
• in alcuni circuiti digitali.

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• Il comportamento del BJT può essere riassunto
  nello studio delle curve
• caratteristiche.

saturazione
zona attiva
interdizione
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• Le curve appena mostrate fanno riferimento ad un
  transistor nella
• configurazione ad emettitore comune.
• 
  In questa configurazione si usa la
• corrente di base come variabile di
  
• controllo. Quindi la corrente di
• ingresso IB e la tensione di
  uscita
• VCE son variabili indipendenti,
• mentre la
  tensione di ingressoVBE
• e la corrente di uscita IC sono
• quelle dipendenti.
• hFE IC/IB bF
• F forward, E emettitore comune
• non è strettamente costante a
  causa della variazione della larghezza efficace
  della base in seguito alla variazione della
  polarizzazione della giunzione BC (effetto
  Early). Questo spiega perché le caratteristiche
  di uscita non siano perfettamente orizzontali.

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• caratteristiche di ingresso
• mettono in relazione IB e VBE per diversi valori
  di VCE.
• Sono sostanzialmente curve di polarizzazione
  diretta di un diodo.