Il BJT (Bipolar Junction Transistor) Il funzionamento si basa sulla iniezione di cariche minoritarie in una giunzione pn polarizzata inversamente, l’iniezione di carica è controllata dalla corrente nel terminale di base. La terminologia: ∗ npn o pnp sono sigle con cui si identificano le due possibili strutture del BJT, caratterizzate dalla presenza di un sottile strato si semiconduttore di tipo diverso fra due strati di semiconduttore dello stesso tipo. Si generano così due giunzioni pn in opposizione. ∗ Emettitore è il terminale che identifica il materiale, fortemente drogato, che inietta i portatori di carica. ∗ Collettore è il terminale che identifica il materiale da cui vengono raccolti i portatori iniettati. ∗ Base è il terminale la cui corrente controlla la corrente del dispositivo ma è anche l’area debolmente drogata, fra i due semiconduttori dello stesso tipo, in cui si genera l’effetto transistore in quanto comune alle due giunzioni. G. Martines 1 Struttura e simboli dei BJT NPN PNP G. Martines 2 Funzionamento del transistore bipolare Regione attiva diretta: giunzione di emettitore polarizzata direttamente, di collettore inversamente. Corrente di dispersione ICEO : corrente di saturazione di collettore a base aperta. G. Martines 3 Funzionamento del transistore bipolare G. Martines 4 Modello equivalente a largo segnale del BJT G. Martines 5 Caratteristica di ingresso del BJT a emettitore comune VVbe T I B = I BS e − 1 VT è la tensione equivalente alla temperatura (≅ 25mV a 17°C, cioè 290°K). La resistenza di ingresso a piccolo segnale: dvBE rπ = diB G. Martines Q VT = = hie IB 6 Caratteristiche di trasferimento dei BJT Il BJT in regione attiva funziona come un generatore di corrente controllato in corrente. L’equazione che descrive la trans-caratteristica: VVbe T I C = β I B = hFE I B = β I BS e − 1 a largo segnale i c = β 0 ib = h fe ib a piccolo segnale G. Martines gm = diC dv BE = Q IC VT a piccolo segnale 7 Caratteristiche di uscita dei BJT G. Martines 8 Modelli equivalente a piccolo segnale del BJT Le espressioni dei parametri: rπ = VT = hie IB gm = IC VT V A + VCE ro = IC Nota: g m rπ = β h fe gm G. Martines = hie 9 Modello equivalente a piccolo segnale ad alta frequenza del BJT G. Martines 10 Risposta in frequenza del BJT 1 Banda del dispositivo: 2π (Cb ' e + C b ' c )rb ' e IE = ≈ f h f fe (0 ) β Frequenza di transizione: T VT 2πC b 'e fβ ≈ G. Martines 11 La polarizzazione dei BJT È un circuito di principio per usare un BJT (npn) come amplificatore di tensione. Si può analizzare ancora con il metodo della retta di carico. G. Martines 12 Le regioni operative del BJT A => regione di saturazione (entrambi le giunzioni polarizzate direttamente) B => corrente massima di collettore C => regione di break down cioè tensione massima collettore-emettitore D => massima dissipazione di potenza (dipende dalla temperatura e dalla resistenza termica verso l’ambiente). È una iperbole P =v CE iC = costante G. Martines 13 La scelta del punto di lavoro G. Martines 14 Il problema del clipping G. Martines 15 Modello equivalente a piccolo segnale dell’amplificatore elementare G. Martines 16 Esempi di circuito per la polarizzazione automatica G. Martines 17 Circuito di polarizzazione a quattro resistenze con capacità di bypass G. Martines 18 Risposta in frequenza dello stadio elementare G. Martines 19