Elettronica/Transistor Bipolari

Transistor bipolari

Un transistor è un dispositivo a stato solido formato da semiconduttori. Questo dispositivo si dice "bipolare" perché la corrente è condotta da entrambi i portatori di carica citati per i diodi (cioè elettroni e lacune) in contrapposizione ai transistor ad effetto di campo in cui la corrente è portata solo da un tipo di portatori. Lo scopo principale di questo componente è quello di agire come un rubinetto sulla corrente ovvero la sua corrente di uscita viene modulata dalla corrente in ingresso al piedino di controllo. In questo corso non si affronterà la struttura interna di un transistor, ma solo gli effetti che la sua presenza provoca in una rete elettrica. Un transistor è composto di tre parti fondamentali: una Base (che rappresenta il piedino di controllo), un Collettore, ovvero una regione che raccoglie i portatori, e un Emettitore che emette i portatori del tipo principale ovvero elettroni, nei dispositivi NPN e lacune nei dispositivi PNP. Queste due sigle si rifanno al drogaggio delle regioni interne del dispositivo: Emettitore N, Base P e Collettore N per gli NPN, viceversa per i PNP. In una rappresentazione fisicamente più facilmente analizzabile, detta di Ebers-Moll, il transistor viene assimilato a due Diodi in parallelo.

Le correnti all'interno del transistor sono, in generale,

$I_B=I_s\frac{X_{be}}{{\beta }_f}+I_s\frac{X_{bc}}{{\beta }_r}$

$I_C=I_t-I_s\frac{X_{bc}}{{\beta }_r}$

$I_E=I_t+I_s\frac{X_{be}}{{\beta }_f}$

con

$I_t=I_s(X_{be}-X_{bc})$

$X_{\alpha \beta }=e^{\frac{V_{\alpha \beta }}{V_T}}-1$

Questo può variare però in funzione di come sono le tensioni all'interno del transistore.

OFF

In questo stato tutte le tensioni relative alla base sono nulle. In particolare, se si ha

$V_{be}<V_{\gamma be}$

$V_{bc}<V_{\gamma bc}$

si ricava che

$I_E=I_B=I_C=I=0$

poiché le tensioni ai capi dei dipodi sono insufficienti per causare il passaggio della corrente.

Regione Normale Diretta

Nellal Regione Normale Diretta solo il diodo inferiore è attivo, ovvero si ha che

$V_{be}>V_{\gamma be}$

$V_{bc}<V_{\gamma bc}$ ==> $X_{bc}=0$

da cui si ricavano le equazioni relative alle correnti

$I_B=I_s\frac{X_{be}}{{\beta }_f}$

$I_C=I_s{X}_{be}$

$I_E=I_t+I_s\frac{X_{be}}{{\beta }_f}=I_t=I_s{X}_{be}+I_s\frac{X_{be}}{{\beta }_f}=I_s{X}_{be}\frac{{\beta }_f+1}{{\beta }_f}$

Il rapporto fra le correnti è fondamentale, in quanto motivo per cui vengono utilizzati i transistor

$I_C={\beta }_f{I}_B$

Mentre il coefficiente $\alpha =\frac{{\beta }_f}{{\beta }_f+1}$ viene detto guadagno di base comune, poiché non dipende dalla base.

Saturazione

In particolari condizioni, ovvero quando la tensione del Diodo superiore lo rende attivo, mentre il diodo inferiore è ancora attivo, si ha la cosiddetta saturazione. In questo caso si ha che

$V_{ce}=V_{ce-sat}$