IL TRANSISTOR COME AMPLIFICATORE E COME INTERRUTTORE
IL TRANSISTOR BJT COME AMPLIFICATORE
In elettronica, il transistor a giunzione bipolare (abbreviazione comunemente utilizzata: BJT, dall’inglese bipolar junction transistor) è una tipologia di transistor largamente usata nel campo dell’elettronica analogica principalmente come amplificatore di corrente e interruttore. Costituisce la famiglia più diffusa in elettronica insieme al transistor ad effetto di campo rispetto a cui è in grado di offrire una maggiore corrente in uscita con lo svantaggio tuttavia di non avere il terminale di controllo isolato (gate). Esso è composto da tre strati di materiale semiconduttore drogato, solitamente silicio, in cui lo strato centrale ha drogaggio opposto agli altri due, in modo da formare una doppia giunzione p-n. Ad ogni strato è associato un terminale: quello centrale prende il nome di base, quelli esterni sono detti collettore ed emettitore.
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO
Il principio di funzionamento si fonda sulla possibilità di controllare la conduttività elettrica del dispositivo, e quindi la corrente elettrica che lo attraversa, mediante l’applicazione di una tensione tra i suoi terminali. Tale dispositivo coinvolge sia gli elettroni, sia le lacune (portatori di carica maggioritari), e pertanto questo tipo di transistor è detto bipolare. Il transistor a giunzione bipolare può essere usato classicamente in tre configurazioni diverse dette a base comune, a collettore comune o a emettitore comune: questi termini si riferiscono al terminale privo di segnale (di solito perché collegato al potenziale di riferimento, direttamente o tramite un condensatore di bypass).
GIUNZIONI DI UN TRANSISTOR BJT
Questo transistor è costituito sostanzialmente da due giunzioni p-n in antiserie: il terminale di base è il “collegamento fra le teste”, mentre le estremità sono i due terminali di emettitore e collettore: il suo simbolo grafico rispecchia proprio questa caratteristica. Il suo funzionamento si basa sulla distanza fra le due giunzioni opposte, che deve essere molto minore della lunghezza di diffusione dei portatori di carica maggioritari delle zone di emettitore e collettore: questo fa sì che quando la giunzione emettitore-base passa in conduzione, i portatori di carica dall’emettitore diffondono in maggioranza nel collettore, rimanendo catturati dalla giunzione base-collettore, invece di raggiungere il terminale di base come dovrebbero (può quindi funzionare anche scambiando fra loro collettore ed emettitore, pur se con molta meno efficacia).
GUADAGNO DI UN TRANSISTOR BJT
Il rapporto β fra la corrente che viene catturata dal collettore e quella che raggiunge la base è uno dei parametri fondamentali di qualunque transistor a giunzione bipolare; generalmente vale da 50 a 800 o più, cioè la corrente al collettore è da 50 a 800 volte più grande di quella alla base. Il piccolo simbolo del diodo sul terminale di emettitore, che identifica la polarità del transistor (pnp o npn) indica come sono orientate le giunzioni interne e quindi il tipo di portatori di carica maggioritari: i pnp hanno collettore ed emettitore di tipo p, quindi i portatori maggioritari sono le lacune; gli npn li hanno di tipo n, per cui sono elettroni. Nella progettazione e costruzione di circuiti elettronici, i transistor pnp e npn sono quasi del tutto identici per caratteristiche, ma le tensioni di polarizzazione ai loro capi devono essere di segno opposto. Dunque, a seconda della polarizzazione, il transistor (al di là della configurazione), ha quattro regioni di funzionamento per tensioni di base crescenti:
- Regione attiva inversa
- Regione di interdizione
- Regione di saturazione
- Regione attiva diretta
IL TRANSISTOR BJT USATO NELLA MODALITA’ INTERRUTTORE
Il transistor viene spesso utilizzato come interruttore (switching transistor) adatto per attivare o disattivare circuiti, trasduttori, etc. In tutte queste applicazioni il funzionamento è legato a due particolari stati del transistor a giunzione bipolare: quello di saturazione (ON) e quello di interdizione (OFF). Nella saturazione è indispensabile che le due giunzioni siano polarizzate direttamente. Per bassi valori di VCE (tensione tra collettore ed emettitore) la corrente di base IB perde il controllo sulla corrente di collettore IC e manca la proporzionalità IC = HFE * IB (dove HFE sta per guadagno di corrente in continua). Nell’interdizione il transistor non conduce (OFF) e questa condizione si verifica se entrambe le giunzioni sono polarizzate inversamente.
LIVELLI DI TENSIONE VBE
Un transistor npn può essere considerato interdetto se la tensione VBE è minore o uguale a zero, mentre un transistor pnp può considerarsi interdetto se VBE è maggiore o uguale a zero. Notevole importanza assume il tempo impiegato dal dispositivo per il passaggio da uno stato all’altro. Nel caso ideale il transistor passa nello stato OFF e in quello ON e viceversa istantaneamente. Se questo fenomeno si verificasse non avremmo dispersioni di calore da parte del transistor a giunzione bipolare perché esso nello stato di interdizione e di saturazione non assorbe potenza. Infatti nello stato di interdizione non passa quasi corrente nel transistor e nello stato di saturazione esso presenta una tensione quasi nulla.
TRANSISTOR BJT E ELETTRONICA DIGITALE
Nell’elettronica digitale sicuramente il transistor svolge un ruolo molto importante. La figura sopra riportata rappresenta il simbolo di un transistor BJT. Per conoscere il funzionamento interno dei circuiti integrati digitali, è essenziale conoscerne il funzionamento. Ti parlerò brevemente del transistor usato come amplificatore, ma quello che ci interessa è comprendere il funzionamento quando il componente agisce in configurazione da interruttore. Quando viene configurato come amplificatore una certa corrente di base IB controlla la corrente di collettore IC, e quindi tenuto conto della resistenza tra collettore ed emettitore, possiamo dire che una certa corrente di base IB controlla la corrente che scorre tra collettore ed emettitore.
COEFFICIENTE DI AMPLIFICAZIONE
Poiché la corrente di base controlla quella di collettore, tra le due correnti c’è un legame che prende il nome coefficiente di amplificazione (indicato con la lettera ß beta).
ß= IC / IB
Ad esempio se un produttore ci vende un transistor avente guadagno 100 (ß) si avrà che: supponendo che la corrente di base IB sia 1mA:
IC = ß X IB = 100mA. Come si vede la corrente è stata amplificata di 100 volte sul collettore.
Un transistor in funzione della tensione di polarizzazione, cioè della tensione che viene applicata sulla base, può funzionare in tre zone caratteristiche:
- Interdizione resistenza massima tra collettore ed emettitore e non permette quindi il passaggio di corrente tra questi due terminali (interruttore aperto)
- Saturazione resistenza minima tra collettore ed emettitore, passaggio della massima corrente tra questi due terminali (interruttore chiuso).
- Lineare tale zona è usata nell’amplificazione dei segnali.
Quindi le zone che ci interessano sono Saturazione e Interdizione le quali permettono di accendere o spegnere il transistor in modo da ottenere due stati logici.
LINK DI APPROFONDIMENTO QUANDO IL TRANSISTOR VIENE USATO COME AMPLIFICATORE
TRANSISTOR BJT COME INTERRUTTORE
Lascia un commento