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Transistor

Possono essere costruiti secondo due tipologie a secondo del tipo di polarizzazione richiesta secondo la nomenclatura:

C=Collettore
B=Base
E=Emettitore

Tipo npn.

 Nel caso sia richiesta un’alimentazione positiva in genere 10¸15V

Tipo pnp.

 Nel caso sia richiesta un’alimentazione negativa, in genere -10¸ -15V


Per una questione di praticità noi useremo riferirci sempre al dispositvo di tipo npn.
Il funzionamento in continua del transistor è caratterizzato dalla polarizzazioni diretta della giunzione base-emettitore e quindi da una VBE=0,7V e da un guadagno statico di corrente:


Il b è sempre dell’ordine delle centinaia di unità.
Per poter funzionare da amplificatore il transistore deve avere la giunzione B-E polarizzata direttamente (bassa resistenza) e la giunzione B-C polarizzata inversamente (alta resistenza).
Il transistor fa in modo che una corrente che percorre un circuito a bassa resistenza sia trasferita su un circuito ad alta resistenza (transfer-resistor).

La polarizzazione

I circuiti elettronici sono divisi in 2 grosse categorie: circuiti analogici e circuiti digitali.
Nei circuiti analogici il segnale di uscita deve poter variare in modo continuo, legato alle variazioni del segnale di ingresso; nei circuiti digitali non ha importanza il o valore preciso del segnale perché sia compreso entro certe soglie, a seconda delle quali il segnale viene interpretato in due possibili modi diversi (livello alto e livello basso).

Nei circuiti analogici o lineari, è necessario polarizzare il componente tramite un’alimentazione continua per poter predisporre il punto di funzionamento (punto di lavoro) in modo che i segnali in alternata sovrapposti a tale punto trovino delle caratteristiche lineari.

Caratteristica di ingresso del transistor

Caratteristica di uscita del transistor


E’ chiaro allora che il buon funzionamento del circuito nei confronti del segnale dipende dalla scelta di tale punto di polarizzazione e della sua stabilità.

 

Il circuito più semplice che può assicurare una polarizzazione è quello in figura.

Tale circuito può essere analizzato graficamente a partire dalle caratteristiche di ingresso e di uscita del transistor e di quelle dei due generatori

 

eseguendo la legge di Kirchoff sulla maglia di uscita si ha:  per

           quando invece

 

Il punto di funzionamento sulla caratteristica di uscita è determinato dalla caratteristica del generatore (detta retta di carico statica), con la caratteristica dei transistor  selezionata dal valore della corrente  di base.

Fissato allora al circuito di uscita il punto di funzionamento che sicuramente appartiene alla retta di carico statico e può variare a seconda del valore della corrente di base selezionata dal circuito di ingresso

limite sono quelli corrispondenti all’ interdizione caratterizzata da  e  e di saturazione caratterizzata da   ed

Polarizzazione con partitore di base

 Nel circuito di polarizzazione si nota la necessità di due batterie di alimentazione (EB,EC).
Volendo realizzare un circuito di polarizzazione con una sola alimentazione si può ricorrere allo schema di figura.

Tale circuito si può analizzare facendo il circuito equivalente Thevenin ai morsetti A-B

 

Il circuito a monte della coppia di nodi A-B può essere visto come in figura; la tensione VAB calcolata a vuoto ci fornisce il valore del generatore equivalente che in questo caso chiameremo EB.


La resistenza equivalente deve essere ottenuta cortocircuitando il generatore di tensione nel circuito che stiamo semplificando; in tal caso la resistenza vista alla coppia di nodi A-B che chiameremo RB è il parallelo fa R1 ed R2:


Il circuito risultante (identico a quello indicato per la polarizzazione di prima.

La maglia interna interessa il circuito B-E

       (maglia di ingresso) 

La maglia esterna interessa il circuito C-E

       (maglia di uscita)

Nei circuiti di polarizzazione, al fine di ottenere una stabilizzazione del punto di lavoro viene introdotta una resistenza sull’emettitore .

 


Ricordandoci che  e che   sarà   

sulla maglia di ingresso: 

 

sostituendo la IE avremo 

 

sulla maglia di uscita la legge di Kirchoff sarà: 

sostituendo la IE. Dato che   in quanto b>>1

 

esprimendo la IC in funzione della VCE.

in tal caso la retta di carico avrà pendenza proporzionale A (RC+RE)

 


Nei casi più complessi cui non sia possibile ricorrere alle schematizzazioni usate usate (per esempio amplificatori a più stadi accoppiati in continua) oltre al metodo generale di studio della rete con le leggi di Kirchoff ai nodi e alle maglie, (sostituendo ai transistor il modello per grandi segnali) è possibile ricorrere a un metodo approssimato salvo poi verificare la validità delle assunzioni fatte. 

Tale metodo consiste nel considerare trascurabili le correnti di base dei transistor.

 

 Transistor come interruttore

Osservando le caratteristiche di uscita di un transistor si riconoscono, dunque,tre zone di funzionamento

-la zona di attiva, dove il transistor viene usato come amplificatore
-la zona di saturazione dove il valore della VCE è molto basso
-la zona di interdizione, prossimo all'asse delle ascisse, in cui sia IB che IC sono trascurabili


A seconda del tipo di applicazione che si vuole costruire possiamo portare il transistor nella zona che vogliamo, semplicemente modificando il valore di IB.
Dallo schema di figura: si ottiene l'equazione alla maglia di uscita del transistor:

     da cui si ottiene     

Questa relazione può essere rappresentata sul piano delle caratteristiche di uscita con una retta, avente coefficiente angolare negativo (-1/RC) e che interseca l'asse delle ordinate nel punto VCC/RC.
Questa è la retta di carico statica. Le intersezioni saranno dunque

Per una data IB i valori della VCE e della IC del punto P, ottenuto dall'intersezione fra la retta di carico e la caratteristica di uscita, definiscono il punto di funzionamento del dispositivo.

 Zona attiva 

In questa zona, la giunzione base-emettitore, risulta polarizzata direttamente con una tensione tipica di 0,7V, mentre la giunzione base-collettore è polarizzata inversamente.
In questo caso vale ( considerando )  la relazione fondamentale.


 Zona di saturazione  

Aumentando il valore di IB si vede come il punto P si sposta verso l'alto, il valore di IC aumenta, mentre VCE diminuisce fino a raggiungere la zona di saturazione indicata.

 Zona di interdizione  

Diminuendo il valore di IB il punto di funzionamento P si sposta verso valori di IC sempre più bassi, finché non giunge nella zona di interdizione. Per ottenere ciò si deve avere IB ≅ 0 . In pratica VBE<Vγ la giunzione base-emettitore deve essere polarizzata negativamente . Quindi per interdire un transistor, si porta VBE a 0 o ad un valore leggermente negativo.

Quando il transistor viene usato come interruttore, il dispositivo viene usato facendolo commutare fra la zona di saturazione e la zona di interdizione. Questo funzionamento può essere indicato dalla figura seguente:

 Stato ON  

Quando viene portato in zona di saturazione, il transistor presenta una VCE molto bassa: esso viene considerato un interruttore chiuso (ON).

Deve essere

in prima approssimazione si ha

 Stato OFF  

Lo stato aperto OFF si ottiene portando il transistor in interdizione , in questo caso infatti IC come pure IB, sono considerate nulle. Per ottenere ciò è necessario VBE<Vγ o pù semplicemente:

Deve essere soddisfatta la:

In prima approssimazione si ha

 

 

 

 


 



 

 

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