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

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 :

• William Shockley, • John Bardeen• Walter Brattain.

IL TRANSISTOR

BASE(sottile rispetto alla

lunghezza di diffusione)

COLLETTOREp

n

n

p n

p

EMETTITORE(fortemente drogato)

IC

IE

IB

IC

IB

IE IE +IB+IC=0npnpnp

Simboli circuitali del transistor

npnpnp

C

E

B B

E

C

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:

Modi di operazione del BJT(Bipolar Junction Transistor)

GiunzioneEmettitore Base

GiunzioneCollettore Base

Modalità di funzionamento

(zona)

DIRETTA INVERSA ATTIVA-DIRETTA

INVERSA INVERSA SPENTO

DIRETTA DIRETTA SATURAZIONE

INVERSA DIRETTA ATTIVA-INVERSA

IL TRANSISTOR POLARIZZATO

EMETTITORE BASE COLLETTORE

p pn

La giunzione EB è polarizzata direttamentele lacune diffondono verso la Base

ICIB

IE

+ _+

++ _ _

_VEBVCB

VCBVEB

IC

IL TRANSISTOR Principio di funzionamento (effetto transistor)

EMETTITORE BASE COLLETTORE

p+ pn

La giunzione BC è polarizzata inversamentele lacune diffondono verso il collettore

+ +

+ + __

_ _

ICIB

IE

GUADAGNO IN CORRENTE DEL TRANSISTOR

250501

)1

1(

)0(con

FBFBF

FC

CF

B

CBEFC

III

II

VII

Nei transistor reali il 98.0% - 99.8% della corrente IE raggiunge il collettore.

Guadagno di corrente a di corto circuito a emettitore comune (hFE)

IL MODELLO DI EBERS-MOLL

1e1e

1e1e//

//

TCBTEB

TCBTEB

VVCS

VVESFCDEDRC

VVCSR

VVESCDREDE

IIIII

IIIII

BJT pnp

EF

VVESFC

VVESE

III

IITEB

TEB

1e

1e/

/

VEB

+ +

- - VCB

np p

Relazioni approssimate per polarizzazione attiva diretta

Polarizzazione del transistorconfigurazione CE – Retta di carico

B

E

C

ICRB

VCC

La retta di carico CECCCC VIRV

VCE

RCICRC

VBE ~ 0.7V

VCC

VCC

Le “caratteristiche” del transistor(di uscita e a emettitore comune)

0CEBFC III

Transistor spento

Transistor saturo 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

CECCCC VIRV

Amplificatore a transistorConfigurazione CE – Progetto del circuito

MAI

VV

I

VVR

FC

CC

B

CCB 0.1

9

7.010

/

7.07.0

B

E

C

ICRB

=10V

RC

VBE ~ 0.7V

Transistor in configurazione a Emettitore Comune CE (Common Emitter)

VCC VCE =6V

RC=2.2kΩ

AI

ImAmAR

VVI C

BC

CECCC

9200 se8.1

2.2

610

FF

=1.8mA

IB

=1.0MΩ

Amplificatore in configurazione CE

B

E

C

ICRB

=10V

VBE ~ 0.7V

vu

VCC

RC

IB

~ vi

VmARV

VtVtvVtv

mAttiItiIti

AttiIti

Cce

ceceCECE

bBFcCC

bBB

2.21

sin6)()(

sin0.18.1)]([)()(

sin59)()(

5mV

2.2V

I «Piccoli Segnali»

• Dispositivi non lineari

• Polarizzazione

• Linearizzazione della caratteristica

)()( txXtx pPP (x: tensione o corrente)totale;continuapiccolo segnale

Modello a del BJT per piccoli segnali

Giunzione di ingresso polarizzata direttamente

Generatore controllato di corrente (Effetto Transistor)gm Transconduttanza

rgiirgvg mbbmbem

Resistenza che tiene conto dell’effetto Early

Resistenza dinamica della giunzione di ingresso

ib

Modello di un amplificatore a transistor in configurazione Emettitore Comune (CE)

r gm v

ibvi ~ RC

iu

VCC B

E

C

ICR

B

VBE ~ 0.7V

RC

IB

~ vi

vc =vC-VC

e

c

e

Parametri caratterisitici di un amplificatore a bassa frequenza

i

uv

i

uI

v

vA

i

iA

..

..

ccu

acuu

i

ii

i

vR

i

vR

• Amplificazione di corrente

• Amplificazione di tensione

• Impedenza di ingresso

• Impedenza di uscita

Parametri di un amplificatore a transistor in configurazione CE a bassa frequenza

r gm v

ibvi ~ RC

r

RgR

ir

irgR

v

vA

rgi

irg

i

vg

i

iA

CmC

b

bmC

i

uv

mb

bm

b

m

i

uI

iu

Cu

uC

ccu

acuu

i

ii

Ri

iR

i

vR

ri

vR

..

..

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

Diagramma di Bode di un BJT

frequenza in scala logAm

plifi

cazi

one

in d

B

Capacità delle giunzioni pn

• Capacità di diffusione se la giunzione è polarizzata in modo diretto

• Capacità di transizione o giunzione (C) se la giunzione è polarizzata in modo inverso

)1( pFOW

AC

)100( pFOV

IV

qC

T

Risposta in frequenza di un amplificatore CE (basse frequenze)

v

gmv

ib

vg ~RC

CRgr

o

o

gg

o

g

g

g

j

j

rR

r

j

sCr

CjrR

r

/1

/

11

vv

vv

o=1/(Rg+r)C è la frequenza di taglio (se )

Funzione di trasferimento del «passa alto»

g/vv)H(

Il modello completo del transistor per “piccoli segnali”

r

rb

ro

gmv

e e

cb

ib

v= r ib

rb: Resistenza di contatto di base ~ rπ Resistenza di giunzione di B-E ~ gm transconduttanza 0.1-0.4Ω-1

ro Resistenza effetto Early ~ rc: Resistenza di contatto del collettore ~ r: Resistenza di giunzione (BC) ~ C Capacità di diffusione (B-E) ~ 100pFC Capacità di transizione (B-C) ~ 1pF

C

C

r rc

Teorema di MillerSe in un circuito i punti A e B sono connessi da un’impedenza Z e se è noto il rapporto=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

1,

1

;1

;11

;1

;1

1

ZZ

ZZ

IZIZ

VZIV

IZIZ

VZIV

ZIV

VVZIVV

BA

BBB

AAA

A

BABA

Figura 1

Figura 2

r

rb

ro

gmv

e e

cb

C

C

rc

Cp Capacità di diffusione (B-E) ~ 100pFCm Capacità di transizione (B-C) ~ 1pF

Applichiamo il teorema di Miller (Z è la capacità di transizione C

A B

vg ~RC

Rgvb

Risposta in frequenza di un amplificatore CE (alte frequenze)

Analisi in frequenza del transistor in conf, CE

r ro

gmv

e e

cb

CAV)C

rcA B

~RC

CAV)/AV

Rg

rb

vg

vb

v

CCAV)

A

vg ~

R=rb//r//Rg

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

MHzRC

ssr

RrRC C

b

32

1

2

105101100 812

Risposta in frequenza di un amplificatore CE (alte frequenze)

bgb rRrrR ||||

Esempio

C

Risposta in frequenza di un amplificatore CE

AV

(dB)

3 dB

20 d

B/d

ecad

e

“Mezza banda”

Frequenza (Hz)

Frequenza di taglio alta dovuta alle capacità di diffusione e di transizione

Frequenza di taglio bassa dovuta allacapacità di blocco e impedenza di ingresso

Diagramma di Bode dell’amplificazione