Il TRANSISTOR

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Il TRANSISTOR
Il primo transistor della storia
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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

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IL TRANSISTOR
COLLETTORE
BASE (sottile)
EMETTITORE (fortemente drogato)
IE IBIC0
npn
pnp
4
Simboli circuitali del transistor
npn
pnp
C
C
B
B
E
E
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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

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


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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 IN CORRENTE DEL TRANSISTOR
Nei transistor reali il 98 - 99.8 della
corrente IE raggiunge il collettore.
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Polarizzazione del transistorconfigurazione CE
Retta di carico
VCC
RCIC
RC
IC
RB
VCC
C
VCC
B
VCE
VBE 0.7V
E
La retta di carico
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Le caratteristiche del transistor(di uscita e
a emettitore comune)
Transistor in saturazione
Transistor in zona attiva
Lincrocio della retta di carico con la curva
caratteristica con IBcost. determina il punto di
lavoro (la soluzione del circuito). Ad esempio
con IB80µA
Transistor spento
Effetto Early curve a IB costante non parallele
allasse VCE
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Amplificatore a transistorConfigurazione CE
Progetto del circuito
IC
1.8mA
Il transistor ora è polarizzato e può funzionare
da amplificatore
RC2.2kO
RB
RC
1.0MO
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
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Amplificatore in configurazione CE
2.2V
IC
RC
RB
IB
C
10V
VCC
B
VBE 0.7V
E
Esempio
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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 1kW).
• gm vp è la corrente generata del generatore
  controllato di corrente
• ro è la resistenza di uscita, responsabile
  delleffetto Early

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Parametri di un amplificatore a transistor in
configurazione CE
iu
c
Rg
ib
b
rp

vu
gm vp
vg
vivb
RC
e
e
Parametri dell amplificatore a BJT a Emettitore
Comune
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Risposta in frequenza di un amplificatore CE
(basse frequenze)
C
iu
c
Rg
ib
b
Si deve considerare solo lo stadio di ingresso
rp

vu
gm vp
vg
vivb
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
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Il modello completo del transistor per piccoli
segnali
rc
rb
b
c
ib
rp
ro
vp rp ib
gmvp
e
e
rb Resistenza di contatto di base 100W rp
Resistenza di giunzione di B-E 1kW gm
transconduttanza 0.1-0.4O-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
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Teorema di Miller
Se in un circuito i punti A e B sono connessi da
unimpedenza Z e se è noto il rapporto mVB/VA
allora limpedenza Z può essere sostituita da due
impedenze ZA e ZB rispettivamente da A e B verso
massa
20
Risposta in frequenza di un amplificatore CE
(alte frequenze)
A
B
rc
c
b
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)
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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
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Risposta in frequenza di un amplificatore CE
Diagramma di Bode dellamplificazione
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)
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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
B
IB
VC
Caratteristica di ingresso
E
VB
RE
VE
IE
IB (mA)
VBE (V)
25
Circuito equivalente per piccoli segnali a bassa
frequenza
iu ic
ib
ig
c
b
rp
Rg
gm vp
RB
vu
RC
e

vg
RE
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BJT in configurazione CC(Emitter Follower)
VCC
Polarizzazione configurazione CC
IC
R1
IB
C
B
VBE 0.7V
E
R2
vu
RE
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Circuito equivalente per piccoli segnali a bassa
frequenza BJT conf. CC
ib
ig
c
b
rp
Rg
gm vp
RB
e

vg
vu
RE
Luscita è sullemettitore
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Disponendo diversamente i componenti ma senza
modificare la topologia
ib
iu
e
b
gm vp
rp
Rg
vu
RE
vb
vg

c
29
Caratteristiche dellEmitter-Follewer (continua)
30
Amplificatori in cascata (CECC)
Accoppiamento ac
31
Amplificatori in cascata (CECC)
Accoppiamento dc
32
Configurazione CB
Nella configurazione a base comune (CB) la Base
del transistor è in comune tra ingresso e uscita
dellamplificatore
VCC
gmvp
ii
c
iu
RC
e
E
Rg
-


C
RE
RC
vu
vg
rp
vp
RE
vi
vu

B

-
-
b
-VEE
vi
Amplificatore con BJT in configurazione Base
Comune
Circuito equivalente per piccoli segnali
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Impedenza dingresso
gmvp
ii
c
iu
e
-
RE
RC
vu
vg
rp
vp


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


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


b
vi
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Impedenza duscita
gmvp
ii
c
iu
e
-
RE
RC
vu
vg
rp
vp


b
vi
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Caratteristiche approssimate per le
configurazioni del BJT
CE CE RE CC CB
AI b b -(1b) -1
Ri rp rp(1b) RE rp(1b) RE rp/b
AV -b RC/rp -RC/RE 1 b RC/rp
Ru RC RC rp/b RC
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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/linearcirc
uits/jfet.html