Il TRANSISTOR Il primo transistor della storia Inventori

Il TRANSISTOR Il primo transistor della storia

Inventori del Transistor Il Transistor Bipolare a Giunzione (BJT) è stato inventato nei laboratori BELL nel 1948, da tre fisici: • John Bardeen • Walter Brattain, • William Shockley. • Nel 1956 vincono il premio Nobel per questa invenzione

IL TRANSISTOR IC IB IC p COLLETTORE n n BASE (sottile) p p IE pnp EMETTITORE (fortemente drogato) IE +IB+IC=0 IB n IE npn

Simboli circuitali del transistor pnp npn C C B B E E

Funzionamento del transistor • Il transistor per funzionare deve essere polarizzato (ing. biased). Ovvero deve essere applicata una opportuna tensione ad ognuno dei terminali (Emettitore, Base e Collettore). • Se la giunzione • EB è polarizzata direttamente e • BC è polarizzata inversamente Allora: Il Transistor è detto polarizzato nella zona attiva e può funzionare da amplificatore

Modi di operazione del BJT (Bipolar Junction Transistor) Modo Giunzione Emettitore Base Giunzione Collettore Base Attiva-diretta Diretta Inversa Spento Inversa Saturazione Diretta Attiva-inversa Inversa Diretta

IL TRANSISTOR POLARIZZATO EMETTITORE p+ VEB + BASE COLLETTORE IC p n _ + _ VCB La giunzione EB è polarizzata direttamente le lacune diffondono verso la Base IE VEB + _ IB _ V + CB IC

IL TRANSISTOR Principio di funzionamento (effetto transistor) EMETTITORE p+ BASE COLLETTORE p n + _ _ + La giunzione BC è polarizzata inversamente le lacune diffondono verso il collettore IE _ + IB _ + IC

GUADAGNO IN CORRENTE DEL TRANSISTOR Nei transistor reali il 98% - 99. 8% della corrente IE raggiunge il collettore. b. F Guadagno di corrente di corto circuito a emettitore comune (detto anche h. FE)

Polarizzazione del transistor configurazione CE – Retta di carico VCC RC RB VCC IC R C IC C B VCE VBE ~ 0. 7 V E La retta di carico VCC

Le “caratteristiche” del transistor (di uscita e a emettitore comune) Transistor in saturazione Transistor in zona attiva L’incrocio della retta di carico con la curva caratteristica con IB=cost. determina il punto di lavoro (la soluzione del circuito). Ad esempio con IB=80µA Transistor spento Effetto Early: curve a IB costante non parallele all’asse VCE

Amplificatore a transistor Configurazione CE – Progetto del circuito RB =1. 0 MΩ VCC =10 V RC=2. 2 kΩ RC IB IC =1. 8 m. A C VCE =6 V B VBE ~ 0. 7 V E Transistor in configurazione a Emettitore Comune CE (Common Emitter)

Il modello dei Piccoli Segnali • In molti circuiti la tensione (o corrente) può essere descritta come un segnale variabile nel tempo cui si somma una valore costante: Piccolo Seganle Segnale totale Valore costante

Amplificatore in configurazione CE 5 m. A IB VCC =10 V Ese IC C B ~ io p m RC RB vi 2. 2 V VBE ~ 0. 7 V vu E

Il modello ibrido a P c b ib ro rp gm vp e • • Modello semplificato del funzionamento del BJT rp è la resistenza della giunzione polarizzata direttamente (circa 1 k. W). gm vp è la corrente generata del generatore controllato di corrente ro è la resistenza di uscita, responsabile dell’effetto Early

Parametri di un amplificatore a transistor in configurazione CE Rg c ib iu b vg ~ vi≡vb e Parametri dell’ amplificatore a BJT a Emettitore Comune rp gm vp e RC vu

Risposta in frequenza di un amplificatore CE (basse frequenze) Rg C i b c b vg ~ vi≡vb rp iu Si deve considerare solo vu gm vp lo «stadio di ingresso» RC e e GENERATORE BJT – CONFIG. CE • Passa alto formato da C (capacità di blocco) e rp. . • Quanto vale la tensione (complessa) Vp ? Passa Alto Dove so. =1/ rp C

Il modello completo del transistor per “piccoli segnali” b ib vp= rp ib e rm rb rc c Cm rp Cp ro gmvp rb: Resistenza di contatto di base ~ 100 W rπ Resistenza di giunzione di B-E ~ 1 k. W gm transconduttanza 0. 1 -0. 4Ω-1 ro Resistenza effetto Early ~ 100 k. W rc: Resistenza di contatto del collettore ~ 1 W rm: Resistenza di giunzione (BC) ~ 1 MW Cp Capacità di diffusione (B-E) ~ 100 p. F Cm Capacità di transizione (B-C) ~ 1 p. F e

Teorema di Miller Se in un circuito i punti A e B sono connessi da un’impedenza Z e se è noto il rapporto m=VB/VA allora l’impedenza Z può essere sostituita da due impedenze ZA e ZB rispettivamente da A e B verso massa A A B ZA ZB

Risposta in frequenza di un amplificatore CE (alte frequenze) b A B rc c Cm Rg vg rb vb rp ~ ro Cp Cm(1 -A)/A gmvp e e Cp Capacità di diffusione (B-E) ~ 100 p. F Cm Capacità di transizione (B-C) ~ 1 p. F Applichiamo il teorema di Miller (Z è la capacità di transizione Cm) RC

Risposta in frequenza di un amplificatore CE (alte frequenze) Passa Basso A vg ~ Circuito equivalente «visto» dal generatore Cp + Cm (1 -AV) Esempio numerico A vb ~ Cp + Cm (1 -AV) Circuito equivalente «visto» dalla base Frequenza di taglio del «passa basso»

Risposta in frequenza di un amplificatore CE 20 d B/d eca de Diagramma di Bode dell’amplificazione Frequenza di taglio bassa dovuta alla capacità di blocco e impedenza di ingresso 3 d. B AV Frequenza di taglio alt capacità di diffusione e “Mezza banda” (d. B) Frequenza (Hz)

BJT – Emettitore Comune con RE - Polarizzazione della base VCC RC R 1 IB C B IC VBB IC vu RB E R 2 IB IE RE RE

RE – Come retroazione (“FEEDBACK”) VCC IC RC C IB B VC Caratteristica di ingresso VB E RE VE IB (m. A) IE VBE (V)

Circuito equivalente per piccoli segnali a bassa frequenza ig c iu =ic rp Rg ~ b ib gm vp RB vg RC e RE vu

BJT in configurazione CC (Emitter Follower) VCC Polarizzazione configurazione CC IC R 1 IB C B ~ vi VBE ~ 0. 7 V R 2 E RE vu

Circuito equivalente per piccoli segnali a bassa frequenza BJT conf. CC ig b ib c rp Rg gm vp RB ~ vg e RE vu L’uscita è sull’emettitore

Disponendo diversamente i componenti ma senza modificare la topologia: b e ~ iu gm vp rp Rg vg ib RE vb c vu

Caratteristiche dell’Emitter-Follewer (continua)

Amplificatori in cascata (CE+CC) VCC RC R 1 vg ~ Ip C R’ 1 vu B R 2 E R’ 2 R’E RE CEE Accoppiamento ac CC

Amplificatori in cascata (CE+CC) VCC RC R 1 vg ~ Ip C vu B R 2 E R’E RE CEE Accoppiamento dc CC

Configurazione CB Nella configurazione a base comune (CB) la Base del transistor è in comune tra ingresso e uscita dell’amplificatore VCC E + vi C RE B - ii RC + vu - Rg vg gmvp e rp vp RE ~ iu c RC vu + b -VEE Amplificatore con BJT in configurazione: Base Comune vi Circuito equivalente per piccoli segnali

Impedenza d’ingresso ii vg gmvp e rp vp RE ~ + b vi iu c RC vu

Amplificazione di corrente ii vg gmvp e rp vp RE ~ + b vi iu c RC vu

Amplificazione di tensione ii vg gmvp e rp vp RE ~ + b vi iu c RC vu

Impedenza d’uscita ii vg gmvp e rp vp RE ~ + b vi iu c RC vu

Caratteristiche approssimate per le configurazioni del BJT CE CE +RE CC CB AI b b -(1+b) -1 Ri rp rp+(1+b) RE rp/b AV -b RC/rp -RC/RE 1 b RC/rp Ru RC RC rp/b RC

Transistor a effetto di Campo (FET) FET a giunzione: JFET

Transistor a effetto di Campo (FET)

Caratteristiche di uscita del JFET

Un Applet sul JFET http: //www-g. eng. cam. ac. uk/mmg/teaching/linearcircuits/jfet. html