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Il TRANSISTOR Il primo transistor della storia. Inventori del Transistor Il Transistor Bipolare a Giunzione (BJT) è stato inventato nei laboratori BELL.

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1 Il TRANSISTOR Il primo transistor della storia

2 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

3 IL TRANSISTOR BASE (sottile)sottile COLLETTORE p n np n p EMETTITORE (fortemente drogato) ICIC IEIE IBIB ICIC IBIB IEIE I E +I B +I C =0 npnpnp

4 Simboli circuitali del transistor npnpnp C E B B E C

5 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

6 Modi di operazione del BJT (Bipolar Junction Transistor) Modo Giunzione Emettitore Base Giunzione Collettore Base Attiva-direttaDirettaInversa SpentoInversa SaturazioneDiretta Attiva-inversaInversaDiretta

7 IL TRANSISTOR POLARIZZATO EMETTITORE BASE COLLETTORE p+ p n La giunzione EB è polarizzata direttamente le lacune diffondono verso la Base ICIC IBIB IEIE + _ __ _ V EB V CB V EB ICIC

8 IL TRANSISTOR Principio di funzionamento (effetto transistor) EMETTITORE BASE COLLETTORE p+p+ p n La giunzione BC è polarizzata inversamente le lacune diffondono verso il collettore __ _ _ ICIC IBIB IEIE

9 GUADAGNO IN CORRENTE DEL TRANSISTOR Nei transistor reali il 98% % della corrente I E raggiunge il collettore. F Guadagno di corrente di corto circuito a emettitore comune (detto anche h FE )

10 Polarizzazione del transistor configurazione CE – Retta di carico B E C ICIC RBRB V CC La retta di carico V CE RCICRCIC RCRC V BE ~ 0.7V V CC

11 Le caratteristiche del transistor (di uscita e a emettitore comune) Effetto Early: curve a I B costante non parallele allasse V CE Transistor in saturazione Transistor in zona attiva Lincrocio della retta di carico con la curva caratteristica con I B =cost. determina il punto di lavoro (la soluzione del circuito). Ad esempio con I B =80µA Transistor spento

12 Amplificatore a transistor Configurazione CE – Progetto del circuito B E C ICIC RBRB =10V RCRC V BE ~ 0.7V Transistor in configurazione a Emettitore Comune CE (Common Emitter) V CC V CE =6V R C =2.2kΩ =1.8mA IBIB =1.0MΩ

13 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: Segnale totale Valore costante Piccolo Seganle

14 Amplificatore in configurazione CE B E C ICIC RBRB =10V V BE ~ 0.7V vuvu V CC RCRC IBIB ~ vivi 5mA 2.2V Esempio

15 Il modello ibrido a r g m v ibib b e c Modello semplificato del funzionamento del BJT r è la resistenza della giunzione polarizzata direttamente (circa 1k ). g m v è la corrente generata del generatore controllato di corrente r è la resistenza di uscita, responsabile delleffetto Early roro

16 Parametri di un amplificatore a transistor in configurazione CE r g m v vgvg ~ RCRC iuiu b e e cRgRg v i v b vuvu ibib Parametri dell amplificatore a BJT a Emettitore Comune

17 Risposta in frequenza di un amplificatore CE (basse frequenze) r g m v vgvg ~ RCRC iuiu b e e cRgRg v i v b vuvu ibib GENERATOREBJT – CONFIG. CE C Passa alto formato da C (capacità di blocco) e r.. Quanto vale la tensione (complessa) V ? Dove s o.= r C Si deve considerare solo lo «stadio di ingresso» Passa Alto

18 Il modello completo del transistor per piccoli segnali r rbrb roro g m v ee c b ibib v = r i b r b: Resistenza di contatto di base ~ r π Resistenza di giunzione di B-E ~ g m transconduttanza Ω -1 r o Resistenza effetto Early ~ r c: Resistenza di contatto del collettore ~ r : Resistenza di giunzione (BC) ~ C Capacità di diffusione (B-E) ~ 100pF C Capacità di transizione (B-C) ~ 1pF C C r rcrc

19 Teorema di Miller Se in un circuito i punti A e B sono connessi da unimpedenza Z e se è noto il rapporto =V B /V A allora limpedenza Z può essere sostituita da due impedenze Z A e Z B rispettivamente da A e B verso massa

20 r rbrb roro g m v ee c b C C rcrc C p Capacità di diffusione (B-E) ~ 100pF C m Capacità di transizione (B-C) ~ 1pF Applichiamo il teorema di Miller (Z è la capacità di transizione C A B vgvg ~ RCRC RgRg vbvb Risposta in frequenza di un amplificatore CE (alte frequenze) C (1-A) C (1-A)/A

21 C C A V ) A vgvg Passa Basso A ~ vbvb Risposta in frequenza di un amplificatore CE (alte frequenze) Esempio numerico ~ C C A V ) Frequenza di taglio del «passa basso» Circuito equivalente «visto» dalla base Circuito equivalente «visto» dal generatore

22 Risposta in frequenza di un amplificatore CE A V (dB) 3 dB 20 dB/decade Mezza banda Frequenza (Hz) Frequenza di taglio alta dovuta alle capacità di diffusione e di transizione Frequenza di taglio bassa dovuta alla capacità di blocco e impedenza di ingresso Diagramma di Bode dellamplificazione

23 BJT – Emettitore Comune con R E - Polarizzazione della base B E C ICIC R2R2 vuvu RCRC IBIB RERE V CC R1R1 V BB RERE IBIB RBRB IEIE ICIC

24 R E – Come retroazione (FEEDBACK) B E C ICIC RCRC IBIB RERE V CC VEVE VCVC Caratteristica di ingresso I B ( A) V BE (V) VBVB IEIE

25 Circuito equivalente per piccoli segnali a bassa frequenza RCRC RERE i u =i c r g m v ibib b e c vgvg ~ RgRg RBRB igig vuvu

26 BJT in configurazione CC (Emitter Follower) B E C ICIC R1R1 vuvu IBIB V BE ~ 0.7V RERE V CC R2R2 Polarizzazione configurazione CC ~ vivi

27 Circuito equivalente per piccoli segnali a bassa frequenza BJT conf. CC RERE r g m v ibib b e c vgvg ~ RgRg RBRB igig vuvu Luscita è sullemettitore

28 vuvu Disponendo diversamente i componenti ma senza modificare la topologia: b e c g m v RERE ibib vgvg ~ RgRg r vbvb iuiu

29 Caratteristiche dellEmitter-Follewer (continua)

30 Amplificatori in cascata (CE+CC) B E C R1R1 vuvu RCRC IpIp vgvg RERE V CC R2R2 ~ RERE R2R2 R1R1 CEE CC Accoppiamento ac

31 Amplificatori in cascata (CE+CC) B E C R1R1 vuvu RCRC IpIp vgvg RERE V CC R2R2 ~ RERE CEE CC Accoppiamento dc

32 Configurazione CB Nella configurazione a base comune (CB) la Base del transistor è in comune tra ingresso e uscita dellamplificatore -V EE V CC RERE RCRC vivi vuvu B E C vuvu b e c RCRC i vgvg ~ RgRg r vivi iuiu - RERE + v g m v Amplificatore con BJT in configurazione: Base Comune Circuito equivalente per piccoli segnali

33 Impedenza dingresso vuvu b e c RCRC i vgvg ~ r vivi iuiu - RERE + v g m v

34 Amplificazione di corrente vuvu b e c RCRC i vgvg ~ r vivi iuiu - RERE + v g m v

35 Amplificazione di tensione vuvu b e c RCRC i vgvg ~ r vivi iuiu - RERE + v g m v

36 Impedenza duscita vuvu b e c RCRC i vgvg ~ r vivi iuiu - RERE + v g m v

37 Caratteristiche approssimate per le configurazioni del BJT CECE +R E CCCB AIAI -(1+ ) RiRi r r +(1+ ) R E r AVAV - R C /r -R C /R E 1 R C /r RuRu RCRC RCRC r RCRC

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

39 Transistor a effetto di Campo (FET)

40 Caratteristiche di uscita del JFET

41 Un Applet sul JFET


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