Il TRANSISTOR

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 : • William Shockley, • John Bardeen • Walter Brattain.

3. IC IC n p p n IB IB n p IE IE IL TRANSISTOR COLLETTORE BASE (sottile rispetto alla lunghezza di diffusione) EMETTITORE (fortemente drogato) IE +IB+IC=0 pnp npn

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

5. Funzionamento del transistor • Il funzionamento del transistor prevede che le sue due giunzioni siano polarizzate (ing. biased). Ovvero deve essere applicata una opportuna tensione ad ogni terminale: Emettitore, Base e Collettore. • Le possibili combinazioni in cui le due giunzioni E-B e B-C possono essere polarizzate, sono mostrate nella seguente tabella:

6. Modi di operazione del BJT(Bipolar Junction Transistor)

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

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

9. Guadagno di corrente a di corto circuito a emettitore comune (hFE) GUADAGNO IN CORRENTE DEL TRANSISTOR Nei transistor reali il 98.0% - 99.8% della corrente IE raggiunge il collettore.

10. IL MODELLO DI EBERS-MOLL p n p BJT pnp + + VEB VCB - - Relazioni approssimate per polarizzazione attiva diretta

11. Polarizzazione del transistorconfigurazione CE – Retta di carico VCC RCIC RC RB IC VCC C VCC B VCE VBE ~ 0.7V E La retta di carico

12. Le “caratteristiche” del transistor(di uscita e a emettitore comune) Transistor saturo Transistor in zona attiva L’incrocio della retta di carico con la curva caratteristica conIB=cost. determina il punto di lavoro (la soluzione del circuito). Ad esempio con IB=80µA Transistor spento

13. VCE =6V Transistor in configurazione a Emettitore Comune CE (Common Emitter) Amplificatore a transistorConfigurazione CE – Progetto del circuito IC =1.8mA Il transistor ora è polarizzato e può funzionare da amplificatore RC=2.2kΩ RB RC =1.0MΩ IB C =10V VCC B VBE ~ 0.7V E

14. 5mV vu ~ vi Amplificatore in configurazione CE 2.2V IC RC RB IB C =10V VCC B VBE ~ 0.7V E

15. I «Piccoli Segnali» • Dispositivi non lineari • Polarizzazione • Linearizzazione della caratteristica (x: tensione o corrente) totale; continua piccolo segnale

16. Modello a p del BJT per piccoli segnali Giunzione di ingresso polarizzata direttamente ib Resistenza dinamica della giunzione di ingresso Resistenza che tiene conto dell’effetto Early Generatore controllato di corrente (Effetto Transistor) gm Transconduttanza

17. ~ vi Modello di un amplificatore a transistor in configurazione Emettitore Comune (CE) c IC RC RB ib iu IB ~ C rp vi gmvp B RC VCC vc =vC-VC e e VBE ~ 0.7V E

18. Parametri caratterisitici di un amplificatore a bassa frequenza • Amplificazione di corrente • Amplificazione di tensione • Impedenza di ingresso • Impedenza di uscita

19. Parametri di un amplificatore a transistor in configurazione CE a bassa frequenza ib iu ~ rp vi gmvp RC

20. Studio in frequenza di un amplificatore • Frequenza di taglio inferiore • Frequenza di taglio superiore • Larghezza di banda • Amplificazione a Mezza Banda • (sfasamento) Diagramma di BODE

21. Diagramma di Bode di un BJT Amplificazione in dB frequenza in scala log

22. Capacità delle giunzioni pn • Capacità di diffusione se la giunzione è polarizzata in modo diretto • Capacità di transizione o giunzione (Cm ) se la giunzione è polarizzata in modo inverso

23. Risposta in frequenza di un amplificatore CE (basse frequenze) ib C gmvp Rg vp rp RC vg ~ Funzione di trasferimento del «passa alto» o=1/(Rg+rp)C è la frequenza di taglio (se )

24. rm Cm Cp Il modello completo del transistor per “piccoli segnali” rc rb b c ib rp ro vp= rpib gmvp e e rb: Resistenza di contatto di base~ 100W rπ Resistenza di giunzione di B-E ~ 1kW gm transconduttanza 0.1-0.4Ω-1 ro Resistenza effetto Early ~ 100kW rc: Resistenza di contatto del collettore ~ 1W rm: Resistenza di giunzione (BC) ~ 1MW Cp Capacità di diffusione (B-E) ~ 100pF Cm Capacità di transizione (B-C) ~ 1pF

25. B B I A A Z ZA ZB 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 (Fig. 1), allora l’impedenza Z può essere sostituita da due impedenze ZA e ZB rispettivamente da A e B verso massa (Fig. 2). Dimostrazione: Se I è la corrente in Z diretta da A a B, allora Figura 1 I I Figura 2

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

27. Cp Analisi in frequenza del transistor in conf, CE A B rc c b rb Cm (1-AV)/AV Rg vb rp ro RC vg ~ Cm (1-AV) gmvp e e

28. Risposta in frequenza di un amplificatore CE (alte frequenze) Il circuito equivalente di un amplificatore a Transistor in configurazione CE si comporta come un RC Passa Basso con la resistenza data da e con la capacità data Cp + Cm (1-AV) Esempio A R=rb//rp//Rg vp vg ~ C

29. Risposta in frequenza di un amplificatore CE Diagramma di Bode dell’amplificazione Frequenza di taglio bassa dovuta alla capacità di blocco e impedenza di ingresso 20 dB/decade 3 dB Frequenza di taglio alta dovuta alle capacità di diffusione e di transizione “Mezza banda” AV (dB) Frequenza (Hz)