Laboratorio di ELETTRONICA: Transistor
Obbiettivo del lavoro con filtro passa basso
Si realizzi un circuito di che permetta la polarizzazione di un transistor BJT
Analisi dei dati ricevuti
Il BJT (bipolar junction transistor) è il dispositivo più importante della moderna
elettronica. Esso è impiegato per realizzare amplificatori, oscillatori, interruttori, circuiti
integrati. Il BJT è costituito da una piccolissima barretta di semiconduttore drogato di
tipo P sulle cui due estremità è praticato il drogaggio di tipo N. Esistono due tipi di
transistor, NPN e PNP.
Il BJT è un dispositivo a tre terminali e le regioni indicate con E, B, C si definiscono
rispettivamente emettitore, base e collettore.
Ogni transistor risulta costituito da due giunzioni PN: la giunzione Base-Emettitore e
quella Base-Collettore. Ognuna di queste giunzioni può essere polarizzata direttamente
o inversamente per cui sono possibili quattro modi di funzionamento:
BE
BC
Descrizione
Diretto
Diretto
Saturo
Diretto
Inverso
Attivo diretto
Inverso
Diretto
Attivo indiretto
Inverso
Inverso
Interdetto
Se le due giunzioni sono polarizzate direttamente si dice che il BJT è in saturazione. In
tal caso la corrente IB non influenza la corrente IC.
Se le due giunzioni sono polarizzate inversamente il BJT è in interdizione perché in
esso non circola alcuna corrente.
I due modi di funzionamento descritti, sauro ed interdetto sono utilizzate quando il BJT
è impiegato come interruttore. Il transistor è in funzionamento attivo, se una giunzione
è polarizzata direttamente mentre l’altra inversamente. In pratica a scarso interesse il
funzionamento attivo inverso, mentre è fondamentale quella attivo diretto, che vede la
giunzione base emettitore polarizzata direttamente è quella base collettore polarizzata
inversamente.
Con questa modalità di polarizzazione è possibile rendere la corrente di collettore I C
proporzionale alla corrente di base IB, in modo tale che il BJT si comporti da
amplificatore.
Il dispositivo viene realizzato in modo asimmetrico con le seguenti specifiche:
Emettitore fortemente dogato
Base debolmente drogata e estremamente sottile
Collettore a sezione molto ampia
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Polarizzazione di un transistor
Il primo viene soddisfatto per fare in modo che la corrente della giunzione base
emettitore sia dovuta agli elettroni maggioritari dell’emettitore piuttosto delle lacune di
base.
Il secondo consente di minimizzare la combinazione elettrone lacuna nella regione di
base in modo da favorire il transito degli elettroni dell’emettitore al collettore attraverso
la base.
Il terzo favorisce la raccolta degli elettroni che arrivano al collettore.
Il funzionamento del transistor è molto semplice in una giunzione polarizzata
inversamente circola una corrente dovuta alle cariche minoritarie. Vengono forniti
elettroni minoritari alla regione P di base che essendo polarizzata direttamente ed
essendo molto ampia gli accoglie facilmente. Il BJT viene detto bipolare in quanto gli
elettroni presentano caratteristiche bipolari sono maggioritari nella regione emettitore e
sono minoritari nella regione di base.
Detta la frazione di corrente che dall’emettitore giunge al collettore la IC:
IC= IE + ICB0
Il disposto presenta proprio la caratteristica di trasferire da una zona a bassa
resistenza (giunzione BE polarizzata direttamente) ad una ad alta resistenza
(giunzione BC polarizzata direttamente) una stessa corrente, supponendo IE=IC viene
perciò detto TRANSISTOR acronimo di TRANSFER RESISTOR.
Il circuito mostrato nella figura affianco è polarizzato a
singola alimentazione, dove la batteria VBB è sostituita dalla
batteria VCC che alimenta il collettore. Lo studio analitico si
basa sulle tre equazioni:
VCC=RB.IB+VBE
IC=hFE.IB
VCC=RC.IC+VCE
Inserendo una resistenza tra Base e Massa si ottiene il circuito sopra (vedi fig.1) e la IB
si calcola per differenza dall’equazione:
IB=I1-I2
mentre la
V
I 2 BE
R2
e la
V V
I1 CC BE
R1
infine la VCE si determina dall’equazione:
VCE=-Rc.Ic+VCC
Fig.1: Polarizzazione a singola alimentazione
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Studio Analitico
Vengono forniti i seguenti dati:
IC=2mA
hFE=100
VCE=8V
VRE=1,5 V
VBE=0,7V
VCC=12V
Con i dati mostrati sopra e dal circuito di fig.2 si determinano i valori delle resistenze:
Fig.2: Circuito fornito
1. calcolo la resistenza RC come:
RC
da cui:
RC
V CC VBE VRE
Ic
12 8 1,5
1,25 k
2 10 3
2. calcolo la resistenza RE:
RE
VRE
IE
da cui:
RE
1,5
750 k
2 10 3
3. calcolo la resistenza RB:
RB
da cui:
RB
hFE RE SI hFE RE
SI hFE
100 750 10 100 750
7 ,5 k
10 100
4. dalla resistenza IC risalgo alla corrente IB:
I
IB C
hFE
da cui:
2 10 3
IB
2 A
100
5. calcolo la tensione VBB:
v BB VBE VRE RB I B
da cui:
v BB 0 ,7 1.5 (7 ,5 10 3 20 10 6 ) 2 ,35V
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6. essendo la resistenza RB per il principio di Thevenin il parallelo dei R1 e R2
avendo la IB, la VCC la RB calcolo le due resistenze:
v
R1 CC RB
v BB
da cui:
12
R1
7 ,5 38 ,3 k
2 ,35
analogamente R2:
R R
R1 1 B
R1 RB
da cui:
38 ,3 7 ,5
R1
9,3K
38 ,3 7 ,5
Circuito sulla breadboard
Il circuito viene realizzato sulla breadboard e collegando l’alimentazione al generatore
di funzione si leggono rispettamene sul multimetro i valori della corrente mentre sul
generatore di funzione setsso quelli di tensione.
Vengono misurati i valori di corrente: IB; IC; e quello di tensione VCE; che coincidono con
quelli calcolati analiticamente..
Per misurare la IC stacco uno dei due reofori della resistenza RC e misuro tra il reoforo
stacato ed il filo giallo di collegamento:
Valore Calcolato
Valore misurato
analiticamente
sperimentalmente
2 mA
1,9 mA
Per misurare la IB stacco la base del transistor e misuro tra la stessa base e tra le
resistenze R1 e R2 :
Valore Calcolato
Valore misurato
analiticamente
sperimentalmente
12 A
11,8 A
Per misurare la VCE stacco il transistor dal circuito e misuro tra il collettore e
l’emettitore (quello contrassegnato dalla linguetta)\
Valore Calcolato
Valore misurato
analiticamente
sperimentalmente
8V
8,03V
NOTA:
E’ stato misurato anche l’hFE (il guadagno statico del transistor) in
quanto il valore fornito dai dati è approssimato, mentre dal confronto
con l’apposito tester è risultato essere: 147 anziché 100.
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