Transistore Bipolare a Giunzione

Transistore Bipolare a Giunzione
BJT inventato nel 1947 da W.H. Bratt e J. Bardeen
Dispositivi a tre terminali possono essere usati per realizzare:
Amplificatori di segnali, Circuiti Logici
Il transistore bipolare è costituito da due giunzioni pn connesse in serie (dorso a
dorso)
Emettitore
Base
Collettore
•Emettitore molto drogato.
p
n
p
•Base mediamente drogata.
n
p
n
•Collettore debolmente drogato.
Emettitore
Collettore
+ IE
VEB
-
IC +
IB
VCB
Base
-
A simplified structure of the npn transistor.
Emettitore
Collettore
+ IE
VEB
-
A simplified structure of the pnp transistor.
IC +
IB
VCB
Base
-
Modi di funzionamento del Transistore
Giun. BE
Giun. CB
Pol. Diretta
Pol. Inversa
Reg. Attiva
Pol. Diretta
Pol. Diretta
Saturazione
Pol. Inversa
Pol. Inversa
Interdizione
•Nella saturazione la corrente Ic diminuisce bruscamente infatti anche la giuzione collettore
base è polarizzata direttamente (VCB=1V). La corrente relativa ad E neutralzza quella
proveniente dal collettore.
•In interdizione IE=0 per cui IC=IC0 e IB=-IC0
Componenti della corrente di un BJT npn
In figura sono riportate le componenti di corrente che fluiscono in un transistore polarizzato in
regione attiva .
n
InE
p
n
InC1
IE
IC
IpE
InE-IpC1
InC0
IC0
IpC0
-VEB+
IB
-VCB+
La IE è composta da una corrente di lacune IpE ed una corrente di elettroni InE . Il drogaggio
dell’emetitore è più intenso del drogaggio della base e ciò assicura che la corrente di emettitore
consiste prevalentemene di un flusso di elettroni .
• InE > IpE è la condizione che si vuole realizzare infatti le lacune che entrano dalla base vedono la
sulla giunzione BC una barriera di energia potenziale mentre la la giunzione EB è vista come una
caduta del livello di energia. Perciò tali lacune danno origine alla IpE e non contribuiscono ad
aumentare il numero di portatori che arrivano al collettore.
• Al collettore arriva parte del flusso di elettroni InE1 .
• La porzione di elettroni che non arriva al collettore costituisce la corrente InE- InE1 .Tali elettroni si
ricombinano con parte delle lacune libere nella base. Lacune che vengono rimpiazzate mediante
parte della corrente IB
• Infine si deve considerare la corrente IC0 relativa alla giunzione BC polarizzata inversamente e
costituita da due componenti InC0 e IpC0.
• InC0 relativa agli elettroni (cariche minoritarie) della base che scendono dal livello di energia della
base a quello del collettore.
• IpC0 relativa alle lacune (cariche minoritarie) del collettore che scendono dal livello di energia del
collettore a quello della base.
Correnti e Amplificazioni di corrente
I C = I NC1 + I C 0 = −α ⋅ I E + I C 0
⇒ α=
I C − I C0
I E − (0)
Amplificazione di corrente
per ampi segnali di un
transistore a base comune
IC0 = Corrente di collettore in interdizione
0 = Corrente di emettitore in interdizione
 − VCB


η⋅VT
I C = −α ⋅ I E − I C0 ⋅  e
− 1


Generalizzazione della espressione di Ic, valida per
qualsiasi polarizzazione della giunz. BC con la giunz. EB
polarizzata direttamente.
-IC0 = corrente di polarizzazione inversa della giuzione BC
I C = −α ⋅ I E + I C 0
applicando
I C (1 − α ) = α ⋅ I B
+ I C0
⇒
IE + IC + IB = 0
IC =
α ⋅ IB
+
(1 − α )
I C0
= β ⋅ IB
(1 − α )
+ (1 + β) ⋅ I C0
da cui :
β=
I C − I C0
I B − (− I C0 )
Amplificazione di corrente per ampi segnali di un
transistore a emettitore comune
(-IC0) = Corrente di base per il transisore in interdizione
h FE =
IC
IB
h fe =
∂ Ic
∂ Ib
Amplificazione in continua
Vce =cost
Amplificazione di piccolo
segnale
Concetrazione dei portatori minoritari e andamento del livello di energia
potenziale in un BJT npn
n
p
np0
pn0
n
pn0
Caso BJT non
polarizzato
-q V0CB
-q V0EB
n
np
pn
p
n
pn
Caso BJT polarizzato
in regione attiva
-q (V0EB-VEB)
-q (V0CB+VCB)
In figura sono riportate le caratteristiche reali di un transistore a giunzione.