CONDUZIONE ELETTRICA
ESISTONO MATERIALI CHE POSSONO CONDURRE ELETTRICITA’ O MENO.
Un conduttore elettrico è un elemento fisico in grado di far scorrere al suo interno la corrente
elettrica con facilità. I metalli, solitamente, sono buoni conduttori, i migliori in ordine decrescente
sono: argento, rame, oro, alluminio, tungsteno, bronzo, nickel, platino, ferro e piombo. D'altra parte
possono condurre facilmente l’elettricità anche l’acqua, la terra e il corpo umano.
Tra questi si differenziano i superconduttori cioè quei materiali che mostrano un complesso
fenomeno detto superconduttività o superconduzione.Al di sotto di una determinata temperatura
detta di transizione alla superconduttività, in modo repentino cessano di avere alcuna resistenza al
passaggio della corrente elettrica, ed espellono (completamente o in parte) i campi magnetici
presenti al loro interno (Effetto Meissner).La temperatura di
transizione, dalla natura del materiale e dalla presenza di campi
magnetici e dalla densità di corrente che attraversa il materiale. In
particolare il campo elettro-magnetico ostacola la superconduttività e
abbassa la temperatura di transizione.La temperatura di transizione
dallo stato normale allo stato superconduttore è molto diversa a
seconda del materiale: nei metalli puri è di pochi kelvin sopra lo zero
assoluto, mentre è più alta nelle leghe metalliche. In molti materiali
ceramici contenenti rame e ossigeno è particolarmente alta: tali
ceramiche hanno una temperatura critica di oltre 120 kelvin e permettono di usare semplice azoto
liquido, economico e facilmente disponibile, come refrigerante. Contrariamente a quanto si
potrebbe pensare, i migliori conduttori elettrici (rame, argento, oro) non sono di fatto
superconduttori, o se lo sono presentano superconduzione instabile anche con minimi valori di
campo magnetico, e solo a temperature assolute estremamente basse; sono invece buoni
superconduttori i cattivi conduttori come il piombo e il niobio, che hanno temperature critiche più
alte in assoluto per i metalli puri.
Invece gli isolanti sono tutte quelle sostanze la cui conducibilità elettrica è
estremamente bassa (in alcuni casi si può tranquillamente supporre nulla).
Questa proprietà degli isolanti è dovuta al fatto che in loro è presente una
banda energetica proibita molto ampia e che l'energia termica non basta ad
eccitare gli elettroni a sufficienza per andare oltre tale banda. Pertanto la
banda di conduzione, che si trova al di là, rimane vuota; la conduzione
risulta impossibile. Da notare è la differenza fra "isolante" e "dielettrico",
molto spesso non considerata, anche perché nella maggior parte dei casi un
dielettrico è anche un isolante e viceversa; "isolanti" sono quelle sostanze
che si oppongono al passaggio della corrente, "dielettriche" sono invece quelle che hanno molecole
che possono essere polarizzate e se vengono inserite in un condensatore diminuiscono la tensione
fra le due armature del condensatore stesso.
Ci sono poi i semiconduttori che sono materiali che hanno una resistività intermedia tra i
conduttori e gli isolanti. I semiconduttori sono alla base di tutti i principali dispositivi elettronici e
microelettronici quali i transistor, i diodi e i diodi ad emissione luminosa (LED). Le proprietà dei
semiconduttori diventano interessanti se vengono opportunamente drogati con impurità. Le loro
caratteristiche quali resistenza, mobilità, concentrazione dei portatori di carica sono importanti per
determinare il campo di utilizzo. La risposta di un semiconduttore a una portante dipende dalle sue
caratteristiche intrinseche e da alcune variabili esterne come la temperatura.
I semiconduttori estrinseci o drogati sono quei semiconduttori ai quali
vengono aggiunte impurità tramite il processo di drogaggio. Piccole
percentuali di atomi diversi aumentano le proprietà di conduzione del
semiconduttore: per quanto detto sui legami dei semiconduttori intrinseci,
sappiamo che questi hanno legami tetravalenti cioè ogni atomo è legato ad
altri quattro atomi dello stesso tipo nel reticolo cristallino, ciò è dovuto all'esistenza
di quattro elettroni di valenza degli atomi (silicio, germanio) del semiconduttore.
Aggiungendo atomi pentavalenti cioè che hanno cinque elettroni di valenza entro il
conduttore (fosforo, arsenico, antimonio) si ha un aumento di elettroni di
conduzione: questo tipo di drogaggio viene chiamato drogaggio di tipo n.
Se invece aggiungiamo atomi trivalenti al semiconduttore cioè atomi che hanno tre elettroni di
valenza nei livelli energetici più esterni (boro, gallio, indio), questi creano
delle cosiddette trappole per gli elettroni, cioè creano legami che non sono
stabili entro il conduttore e attraggono gli elettroni liberi in modo da
stabilizzarsi. A tutti gli effetti, l'assenza di elettroni all'interno del reticolo
cristallino di un semiconduttore può essere considerata come una presenza
di una carica positiva detta lacuna che viaggia entro il conduttore esattamente come l'elettrone
(ovviamente tenendo conto della carica). Questo tipo di drogaggio viene chiamato drogaggio di
tipo p.
ESISTONO TANTI COMPONENTI ELETTRONICI COSTITUITI DAI
SEMICONDUTTORI COME:
IL DIODO
Il diodo è un componente elettronico passivo non lineare a due
terminali (bipolo), la cui funzione ideale è quella di permettere il
flusso di corrente elettrica in una direzione e di bloccarla nell'altra, la
qual cosa viene realizzata ponendo dei vincoli alla libertà di
movimento e di direzione dei portatori di carica.
Il simbolo circuitale del diodo esprime chiaramente questa funzione: il
triangolo indica la direzione che permette il flusso di corrente elettrica
considerato convenzionalmente positivo (dal polo negativo a quello
positivo), mentre la sbarra ne indica il blocco.
Da questa struttura iniziale si sono evoluti nel tempo sia componenti con
struttura più complessa basati su un principio differente, come i diodi a
tempo di transito, sia nuovi dispositivi a tre terminali, come gli SCR e i
triac, che hanno abbandonato il nome di "diodo".
Diodo Ideale
In molte applicazioni di interesse, la caratteristica tensione-corrente di un diodo ideale, ottenuta in
condizioni statiche, può essere sostituita con una funzione lineare a tratti. In tale funzione la
corrente è esattamente zero se la tensione tra anodo e catodo non raggiunge un certo valore Von e
diviene un valore arbitrario e positivo quando la tensione ai capi del dispositivo è esattamente Von.
Il valore di Von rappresenta quel valore di tensione al di sotto del quale il reale valore della corrente
che scorre nel dispositivo è trascurabile ai fini dei nostri calcoli. Nessuna approssimazione del
funzionamento del dispositivo mediante effetti resistivi è, in alcun caso, accettabile.
La figura a lato mostra a confronto le caratteristiche di un diodo ideale ipoteticamente realizzato
tramite un dispositivo a semiconduttore, chiamato diodo a giunzione, a sinistra ed una sua
approssimazione lineare a tratti a destra.
Quando la differenza di potenziale ai capi del diodo ideale è maggiore di 0 (cioè quando la corrente
elettrica fluisce nel verso convenzionalmente positivo, dal polo positivo a quello negativo), questo è
detto essere polarizzato in diretta, mentre quando la differenza di potenziale è minore di 0, questo
è detto essere polarizzato in inversa. Questa nomenclatura viene utilizzata anche per i diodi reali.
si osservi che il valore di 0,7 V in figura è solo un tipico valore comodo nei conti, ma che non può
essere legato a proprietà fisiche o costruttive dello stesso dispositivo.
Diodo in corrente Continua
Il Diodo quando viene attraversato da una corrente continua è riconducibile ad una resistenza,in
serie,e un generatore di tensione.Gli ohm della resistenza ovviamente sono definiti dal
costruttore,come anche il voltaggio del generatore.
Diodo in corrente Alternata
Il diodo attraversato da corrente alternata fa passare solo la parte alta della sinusoide, e quindi è
chiamato raddrizzatore di onde.
Diodo a giunzione
I diodi a giunzione p-n sono dei diodi realizzati mediante processi metallurgici che prevedono la
diffusione di impurità di tipo accettore in cristalli di silicio preventivamente drogati mediante atomi
donori (o viceversa) e la loro caratteristica tensione corrente è
approssimabile tramite l'equazione del diodo ideale di Shockley. La
caratteristica tensione corrente del dispositivo è una funzione non
lineare; per valori di polarizzazione sufficientemente grandi rispetto
alla tensione termica ( a temperatura ambiente 26mV) vale la
ln(I/Io)=Vd/Vt. È necessario limitare la corrente condotta da un
diodo affinché non superi mai la massima corrente prevista per
quello specifico diodo, oltre la quale può verificarsi la rottura fisica
del dispositivo.
I diodi a giunzione p-n reali hanno una caratteristica tensione
corrente analoga a quella ideale, con alcune differenze: quando polarizzati inversamente, invece di
impedire completamente il passaggio di corrente vengono attraversati dalla Io, la corrente di
saturazione inversa, il cui valore è legato all'area del dispositivo ed alla concentrazioni del drogante.
Con l'aumentare del modulo della tensione inversa fino ad un certo valore (detto tensione di Zener
Vzk (come si può notare nel 3° e 4° quadrante della caratteristica del diodo reale a lato), che può
andare da alcuni Volt ad alcune decine di Volt), la corrente aumenta in modulo molto rapidamente:
tale regime di funzionamento, detto regime di valanga o di breakdown per il modo di generazione
degli elettroni di conduzione all'interno del diodo, non è dannoso per il componente finché la
potenza dissipata rimane nei limiti tollerati: i diodi Zener per esempio sono progettati
espressamente per funzionare in regime di valanga. Tuttavia, vista la caratteristica molto ripida, il
funzionamento in valanga nei normali diodi è molto pericoloso e porta in genere alla rottura del
componente.
Diodo Zener
Il diodo Zener è costruito appositamente per sfruttare il funzionamento in valanga del
diodo. È infatti un diodo costruito secondo caratteristiche particolari per dissipare potenza
con utilizzo in zona di "break down".
In questo stato la tensione ai capi del diodo rimane approssimativamente costante al variare della
corrente, perciò il diodo può fornire una tensione di riferimento relativamente costante: lo zener è
un diodo ottimizzato per questo uso, in cui la tensione di zener è resa il più possibile insensibile alla
corrente di valanga, anche se comunque una tensione inversa eccessiva porta il diodo alla rottura.
Il motivo della "brusca" pendenza della corrente INVERSA è dovuta principalmente da due casi:
l'effetto "valanga" e l' effetto "zener". L'aumento della tensione inversa provoca un'accelerazione
degli elettroni che, aumentando la loro energia, ionizzano il reticolo cristallino (valanga); ma
possono anche spezzare i legami covalenti in modo da estrarre elettroni (zener). Questi due effetti si
compensano per una tensione circa uguale a 6 V (a seconda del diodo zener utilizzato si possono
avere tensioni diverse). Sopra i 6 V prevale l'effetto valanga, sotto l'effetto zener. Tuttavia, per
quanto lieve, la dipendenza dalla corrente è sempre presente, e peggio ancora la tensione di zener
varia sensibilmente con la temperatura ambientale: per questo motivo gli zener vengono utilizzati
soprattutto per generare tensioni di polarizzazione e stabilizzazione di alimentatori e non come
campioni di tensione. Poiché i diodi zener vengono utilizzati in polarizzazione inversa, si ha un
effetto capacitivo associato alla zona di svuotamento in prossimità della giunzione, questa capacità
detta di transizione varia tra valori trascurabili di qualche nF ed è rilevante per i diodi di elevata
potenza in quanto condiziona la massima frequenza di lavoro.
Diodo LED
Colore
Tensione diretta
Questi diodi emettono luce visibile se polarizzati
Infrarosso 1,3 V
direttamente: di solito vengono usati per segnalazione su
pannelli di controllo e come spie luminose, oppure come
Rosso
1,8 V
trasmettitori per telecomandi e fibre ottiche. Di recente sono stati
sviluppati modelli ad alta luminosità adatti per illuminotecnica, e
Giallo
1,9 V
già oggi esistono in commercio numerosi apparecchi di
illuminazione che utilizzano i LED come sorgenti in alternativa
Arancio
2,0 V
alle tradizionali lampade ad incandescenza e alle lampade
fluorescenti, con grossi vantaggi in termini di risparmio energetico
Verde
2,0 V
e durata. La loro tensione di polarizzazione diretta varia a seconda
della lunghezza d'onda della luce che emettono, ed emettono tanta
Azzurro
3V
più luce quanta più corrente li attraversa: in genere è necessario
una corrente minima di 4 mA (corrente di soglia) perché possano
Blu
3.5 V
emettere luce in quantità percettibile. La corrente varia in funzione
del tipo di diodo led impiegato. I diodi LED "normali" richiedono
Ultravioletto 4 -:- 4.5 V
di media 15 mA per emettere una buona luminosità. Nel caso di
LED HL (alta luminosità) la corrente sale fino a valori di circa 2025 mA. LED di nuova concezione, ad altissima luminosità possono assorbire fino ad 1 ampere di
corrente, per questi, è previsto l'accoppiamento meccanico di un dissipatore di calore.
Fotodiodo
Lo scopo dei fotodiodi è di rivelare la radiazione luminosa (visibile o infrarossa) che colpisce
il corpo del diodo stesso. La struttura interna di un fotodiodo è molto simile a quella dei diodi
PIN: la zona intrinseca è progettata per reagire alla luce generando una coppia di portatori
(un elettrone e una lacuna) che contribuiscono al passaggio di corrente attraverso il diodo. Si usano
in polarizzazione inversa: in questa condizione, la corrente che attraversa il diodo è dovuta (quasi)
esclusivamente alla luce incidente, ed è proporzionale all'intensità luminosa.
Superdiodo (o raddrizzatore di precisione)
A differenza dei precedenti, questo non è un componente semplice ma un circuito composto da un
diodo e da un amplificatore operazionale: in pratica l'operazionale amplifica lo stato di conduzione
del diodo. Il circuito nel suo insieme, quindi, si comporta quasi come un diodo ideale con tensione
di polarizzazione diretta molto bassa, prossima agli 0V.
Questo circuito viene usato nei raddrizzatori di precisione, nei circuiti per
misure elettriche e in quei casi dove il segnale da raddrizzare ha una ampiezza
minore degli 0,7 volt che rappresentano la soglia di conduzione dei diodi
normali. Non viene però usato negli apparecchi radio, a causa dei limiti degli
amplificatori operazionali alle alte frequenze.
IL CONDENSATORE
Il condensatore o capacitore è un componente elettrico che
immagazzina l'energia in un campo elettrostatico, accumulando
al suo interno una certa quantità di carica elettrica.
Nella teoria dei circuiti il condensatore è un componente ideale
che può mantenere la carica e l'energia accumulata all'infinito, se isolato (ovvero non connesso ad
altri circuiti), oppure scaricare la propria carica ed energia in un circuito a cui è collegato.
Nei circuiti in regime sinusoidale permanente esso determina una differenza di fase di 90 gradi fra
la tensione applicata e la corrente che lo attraversa. In queste condizioni di funzionamento la
corrente che attraversa un condensatore ideale risulta in anticipo di un quarto di periodo rispetto alla
tensione che è applicata ai suoi morsetti.
Tipi di condensatori
Nei condensatori reali, oltre alle caratteristiche ideali si deve tenere conto di fattori quali la tensione
massima di funzionamento, determinata dalla rigidità dielettrica del materiale isolante, della
resistenza ed induttanza parassite, della risposta in frequenza e delle condizioni ambientali di
funzionamento (deriva). La perdita dielettrica inoltre è la quantità di energia persa sotto forma di
calore nel dielettrico non ideale. La corrente di perdita è invece la corrente che fluisce attraverso il
dielettrico, che in un condensatore ideale è invece nulla.
Sono disponibili in commercio molti tipi di condensatori, con capacità che spaziano da pochi
picofarad a diversi farad e tensioni di funzionamento da pochi volt fino a molti Volt. In generale,
maggiore è la tensione e la capacità, maggiori sono le dimensioni, il peso ed il costo del
componente.
Il valore nominale della capacità è soggetto ad una tolleranza, ovvero un margine di scostamento
possibile dal valore dichiarato. La tolleranza spazia dall'1% fino al 50% dei condensatori
elettrolitici.
I condensatori sono classificati in base al materiale con cui è costituito il dielettrico, con due
categorie: a dielettrico solido e a ossido metallico (detti condensatori elettrolitici).
A dielettrico solido
Ad aria: sono altamente resistenti agli archi poiché l'aria ionizzata viene presto rimpiazzata, non
consentono però capacità elevate. I condensatori variabili più grandi sono di questo tipo, ideale nei
circuiti risonanti delle antenne.
Ceramico: a seconda del materiale ceramico usato si ha un diversa relazione temperatura-capacità
e perdite dielettriche. Bassa induttanza parassita per via delle ridotte dimensioni.
chip ceramico: realizzati tipicamente in titanato di piombo-zirconio, una ceramica piezoelettrica.
Vetro: condensatori altamente stabili ed affidabili.
Carta - molto comuni in vecchi apparati radio, sono costituiti da fogli di alluminio avvolti con carta e
sigillato con cera. Capacità fino ad alcuni μF e tensione massima di centinaia di volt. Versioni con
carta impregnata di olio possono avere tensioni fino a 5000 volt e sono usati per l'avviamento di
motori elettrici, rifasamento e applicazioni elettrotecniche.
Poliestere, Mylar: usati per gestione di segnale, circuiti integratori e in sostituzione ai condensatori
a carta e olio per i motori monofase. Sono economici ma hanno poca stabilita' in temperatura.
Polistirene: capacità nella gamma dei picofarad, sono particolarmente stabili e destinati al
trattamento di segnali.
Polipropilene: condensatori per segnali, a bassa perdita e resistenza alle sovratensioni.
Politetrafluoroetilene: condensatori ad alte prestazioni, superiori agli altri condensatori plastici, ma
costosi.
Mica argentata: ideali per applicazioni radio in HF e VHF (gamma inferiore), stabili e veloci, ma
costosi.
a circuito stampato: due aree conduttive sovrapposte su differenti strati di un circuito stampato
costituiscono un condensatore molto stabile.
Elettrolitici
Nei condensatori elettrolitici non è presente un materiale
dielettrico, ma l'isolamento è dovuto alla formazione e
mantenimento di uno sottilissimo strato di ossido metallico sulla
superficie di una armatura. A differenza dei condensatori comuni,
la sottigliezza dello strato di ossido consente di ottenere molta più
capacità in poco spazio, ma per contro occorre adottare particolari
accorgimenti per conservare l'ossido stesso. In particolare è
necessario rispettare una precisa polarità nella tensione applicata, altrimenti l'isolamento cede e si
ha la distruzione del componente. Inoltre nei condensatori elettrolitici è presente una soluzione
chimica umida che se dovesse asciugare porterebbe al non funzionamento del dispositivo. Per
consentire l'utilizzo dei condensatori elettrolitici in corrente alternata si usa connettere due
condensatori identici in antiserie, ovvero connessi in serie ma con polarità opposta.
La capacità di un condensatore elettrolitico non è definita con precisione come avviene nei
condensatori a isolante solido. Specialmente nei modelli in alluminio è frequente avere la specifica
valore minimo garantito, senza un limite massimo alla capacità. Per la maggior parte delle
applicazioni (filtraggio dell'alimentazione dopo il raddrizzamento e accoppiamento di segnale)
questo non rappresenta un limite.
Esistono diversi tipi di condensatori elettrolitici:
ad alluminio: il dielettrico è costituito da uno strato di ossido di alluminio. sono compatti ma con
elevate perdite. Sono disponibili con capacità da meno di 1 μF a 1.000.000 μF con tensioni di lavoro
da pochi volt a centinaia di volt. Contengono una soluzione corrosiva e possono esplodere se
alimentati con polarità invertita. Su un lungo periodo di tempo tendono a seccarsi andando fuori
uso, e costituiscono una delle più frequenti cause di guasto in diversi tipi di apparecchi elettronici.
al tantalio: rispetto ai condensatori ad alluminio hanno una capacità più stabile e accurata, minori
corrente di perdita e bassa impedenza alle basse frequenze. A differenza dei primi però, i
condensatori al tantalio non tollerano i picchi di sovratensione e
possono danneggiarsi, a volte esplodendo violentemente, cosa che
avviene anche qualora vengano alimentati con polarità invertita o
superiore al limite dichiarato. La capacità arriva a circa 100 μF con
basse tensioni di lavoro. Le armature del condensatore al tantalio
sono differenti: Il catodo è costituito da grani di tantalio sinterizzati ed il dielettrico è formato da
ossido di titanio. L'anodo è invece realizzato da uno strato semi-conduttivo, depositato
chimicamente, di biossido di manganese. In una versione migliorata l'ossido di manganese è
rimpiazzato da uno strato di polimero conduttivo (polipirrolo) che elimina la tendenza alla
combustione in caso di guasto.
Supercondensatori o elettrolitici a doppio strato: sono condensatori con capacità estremamente
elevate, che possono arrivare a decine di farad, ma a bassa tensione. L'alta capacità è dovuta alla
grande superficie dovuta a batuffoli di carbone attivo immerso in un elettrolita, e con la tensione di
ogni batuffolo tenuta al di sotto di un volt. La corrente scorre attraverso il carbone granulare.
Questi condensatori sono in genere usati al posto delle batterie tampone per le memorie di
apparecchi elettronici.
Ultracondensatori o ad aerogel: hanno valori di capacità fino a centinaia di farad, simili ai
supercondensatori ma basati su un aerogel di carbonio che costituisce un elettrodo di immensa
superficie.
Condensatori variabili
Nei condensatori variabili la capacità può essere variata intenzionalmente e ripetutamente entro un
intervallo caratteristico di ogni dispositivo. L'applicazione tipica si ha nei circuiti di sintonia delle
radio per variare la frequenza di risonanza di un circuito RLC.
Esistono due categorie di condensatori variabili:
quelli in cui la variazione è dovuta a cambiamento meccanico di
distanza o superficie sovrapposta delle armature. Alcuni (chiamati
anche condensatori di sintonia) sono usati nei circuiti radio e
manovrati direttamente dall'operatore attraverso una manopola
o un rinvio meccanico, altri più piccoli (detti anche trimmer o
anche compensatori) sono montati direttamente sul circuito
stampato e servono per calibrare finemente il circuito in fabbrica,
dopodiché non vengono ulteriormente alterati.
quelli in cui la variazione di capacità è data dalla variazione di spessore della zona di deplezione di
un diodo a semiconduttore, prodotta dal variare della tensione di polarizzazione inversa. Tutti i
diodi presentano questo effetto, ma alcuni sono ottimizzati per questo scopo, con giunzioni ampie
e un profilo di drogaggio volto a massimizzare la capacità, e sono chiamati varicap.
IL TRANSISTOR
Il transistor, o transistore, è un dispositivo a stato solido formato da
semiconduttori. Il suo funzionamento è basato sulle proprietà fisiche della
giunzione P-N, che era stata scoperta casualmente da Russell Ohl il 23
febbraio 1939, esaminando la differenza di conducibilità tra due lati di un
cristallo di silicio semiconduttore con una crepa.
Primo Transistor
Transistor bipolare (BJT)
In un transistor BJT (transistor a giunzione bipolare) una corrente elettrica è inviata nella base (B) e
modula (controlla) la corrente che scorre tra gli altri due terminali noti come emettitore (E) e
collettore(C).
Per fare questo, il transistor sfrutta la vicinanza di due giunzioni P-N opposte: quando la giunzione
base-emettitore viene polarizzata direttamente, i portatori di carica (elettroni e lacune) che
transitano attraverso di essa diffondono verso la vicina giunzione collettore-base, dove vengono in
gran parte catturati dal campo elettrico interno alla giunzione stessa, che in questo modo viene
percorsa da corrente anche se polarizzata
inversamente. Tanto maggiore è la frazione di
corrente catturata dalla giunzione di collettore,
tanto migliore è il transistor: in un transistor
ideale, perfetto, tutta la corrente che entra
dall'emettitore dovrebbe essere deviata verso il
collettore senza raggiungere mai il contatto di
base. In pratica, in un normale transistor per
usi generici la corrente uscente dal collettore è
il 98-99% di quella che entra nell'emettitore, e
dalla base esce solo l'1-2% di essa. Il rapporto fra corrente di collettore e corrente di base è detto del
transistor, ed è uno dei parametri fondamentali di questo dispositivo.
L'ordine delle giunzioni non è importante: si possono usare sia una coppia di giunzioni P-N e N-P
(ottenendo un transistor P-N-P) oppure due giunzioni N-P e P-N (ottenendo un transistor N-P-N,
complementare al primo): un transistor e il suo complementare funzionano in modo quasi identico,
ma le tensioni ai loro capi devono essere invertite di polarità (da positive a negative e viceversa).
IL MULTIVIBRATORE
I multivibratori sono una categoria di circuiti elettronici con in comune la caratteristica di potersi
trovare in uno di due stati possibili.
Categorie
I multivibratori si suddividono in tre categorie:
Astabili
Nessuno dei due stati è stabile ed il circuito passa
continuamente da uno stato all'altro. Il circuito si comporta
pertanto come un particolare oscillatore a rilassamento, in grado
di produrre onde quadre.
Si supponga che nel circuito in figura inizialmente il transistor
T1 conduca. La tensione sul collettore è praticamente zero e si
ha la carica di C1 attraverso R2. Quando il potenziale nel punto
tra C1, R2 e la base di T2 raggiunge 0,6V, T2 entra in
conduzione, portando il potenziale sul suo collettore a zero. C2 inizia a caricarsi provocando
l'interdizione di T1 e C1 si scarica via R1-R2. Nel nuovo stato C2 si carica attraverso R3 fino a che
la tensione raggiunge 0,6V, al che T1 ritorna a condurre, caricando C1 e provocando l'interdizione
di T2. C2 si scarica via R3-R4. Il ciclo si ripete indefinitamente, con un periodo determinato dai
valori dei resistori e dei condensatori. se i valori di R2/C1 e R3/C2 i tempi di
accensione/spegnimento dei due transistor non sono simmetrici ed è possibile così variare il duty
cycle del segnale.
Bistabili
In questi circuiti il livello cambia solo quando il sistema è sollecitato dall'esterno e mantiene tale
livello per tempo indefinito. Si realizza così un semplice dispositivo di memoria, chiamato flip-flop,
in grado di immagazzinare un bit.
I multivibratori bistabili sono usati in particolare nei registri di accumulazione dei microprocessori e
in alcuni tipi di memorie per computer.
Monostabili
Se l'uscita, dopo una sollecitazione e per un tempo prefissato, passa ad un livello diverso per poi
ritornare al livello di quiete, siamo in presenza di un monostabile. Il tempo di ritorno è determinato
dalla costante di tempo τ=RC. Il circuito può essere usato come formatore di impulsi, in grado cioè
di produrre un impulso di durata prefissata o come temporizzatore.
