resistenza tensione funzionamento

Laboratorio di ELETTRONICA: Transistor

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Obbiettivo del lavoro con filtro passa basso Si realizzi un circuito di che permetta la polarizzazione di un transistor BJT

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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 ISEAT Centro ricerca didattica per l’elettronica e l’automazione

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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Polarizzazione di un transistor

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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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