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Il TRANSISTOR

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. I C.

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Presentation Transcript

  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. IC IC n p p n IB IB n p IE IE IL TRANSISTOR COLLETTORE BASE (sottile) 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 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)

  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. bF Guadagno di corrente di corto circuito a emettitore comune (detto anche hFE) GUADAGNO IN CORRENTE DEL TRANSISTOR Nei transistor reali il 98% - 99.8% della corrente IE raggiunge il collettore.

  10. 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

  11. 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 conIB=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

  12. 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

  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: Piccolo Seganle Segnale totale Valore costante

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

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

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

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

  18. 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

  19. B B 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 allora l’impedenza Z può essere sostituita da due impedenze ZA e ZB rispettivamente da A e B verso massa

  20. Cm(1-A) Cm(1-A)/A 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)

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

  22. 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)

  23. BJT – Emettitore Comune con RE - Polarizzazione della base VCC IC RC R1 IB C B IC vu RB VBB E R2 IB RE IE RE

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

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

  26. ~ vi BJT in configurazione CC(Emitter Follower) VCC Polarizzazione configurazione CC IC R1 IB C B VBE ~ 0.7V E R2 vu RE

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

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

  29. Caratteristiche dell’Emitter-Follewer (continua)

  30. VCC RC C Ip R’1 R1 vu B ~ vg R2 E R’2 R’E RE CEE CC Amplificatori in cascata (CE+CC) Accoppiamento ac

  31. VCC RC C Ip R1 vu B ~ vg R2 E R’E RE CEE CC Amplificatori in cascata (CE+CC) Accoppiamento dc

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

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

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

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

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

  37. Caratteristiche approssimate per le configurazioni del BJT

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

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