Il transistor

dispositivo a semiconduttore con almeno 3 elettrodi che sfrutta le propriet della giunzione p-n. inventato da Bardeen, Brattain and Shockley, ai Bell Laboratories, nel 1948 Premio Nobel nel 1956 strutture diverse per diverse applicazioni estrema miniaturizzazione sviluppo di nuove applicazioni (memorie ad alta densit, computer veloci, computer sempre + piccoli pu essere schematizzato come un regolatore o generatore di corrente o di tensione pu svolgere sia la funzione di switch (commutatore o interruttore) che quella di amplificatore esistono strutture diverse elaborate per diverse applicazioni si possono individuare 2 grandi categorie di transistor in base al verso di scorrimento della corrente rispetto alla giunzione: transistor bipolari a giunzione (BJT) corrente perpendicolare alla giunzione transistor ad effetto di campo (JFET o MOSFET) corrente parallela alla giunzione

Transistor Bipolare a giunzione (BJT)

p nemettitore (drogaggio elevato)

n p

p ncollettore (drogaggio intermedio)

base (drogaggio basso) spessore stretto

due diverse configurazioni: pnp oppure npn base = elettrodo di controllo (switch) piccola variazione della corrente di base rapido cambiamento nellapparato

Il verso della corrente (convenzionalmente la direzione dei portatori di carica positivi) indicato dalla freccia nel terminale dellemettitore. Simboli convenzionali per i BJT C B C

ICB

IB

IC

IBE npn

IEE pnp

IE

due giunzioni p-n che condividono uno strato di semiconduttore intermedio drogato due diodi contrapposti: emettitore- base base - collettore E n+ + + +

B- - + - - + - - + - - +

C n

EB

BC

p

in assenza di polarizzazione esternacampo elettrico

EB

BC

EB

BC

distribuzione della carica elettrica

potenziale elettrico

se polarizziamo direttamente (forward) la giunzione emettitore-base gli elettroni (le lacune) che sono portatori maggioritari, passano nella base dove diventano portatori minoritari. npn pnp qui la polarizzazione inversa (reverse) della giunzione base-collettore trascina gli elettroni (le lacune) che sono minoritari, verso il collettore, dove sono nuovamente portatori maggioritari e rappresentano la componente prevalente della corrente di collettore. a causa dello spessore sottile della base gli elettroni (le lacune) non si ricombinano con le lacune (gli elettroni) della base e raggiungono laltra giunzione, cio il collettore. A questo punto il campo elettrico dovuto alla polarizzazione inversa accelera gli elettroni (le lacune) nella regione di collettore. questo significa che la corrente di collettore sar poco diversa da quella di emettitore e si avr IB = IE - IC la corrente di base IB rimpiazza le lacune (gli elettroni) della base che si sono ricombinati con gli elettroni (le lacune) dallemettitore e rappresenta un frazione piccola della corrente di emettitore.

Possiamo descrivere il comportamento del transistor (consideriamo per esempio un npn) anche da un altro punto di vista la corrente che attraversa la giunzione EB costituita quasi esclusivamente da elettroni che dallemettitore arrivano nella base. Le lacune che fanno il percorso inverso sono poche perch lemettitore molto pi drogato della base. gli elettroni nella base hanno una bassa probabilit di ricombinarsi con le lacune perch la loro lunghezza di diffusione maggiore dello spessore della base. se indichiamo con (1- ) la probabilit di cattura di un elettrone da parte di una lacuna nella base ( con 1) un elettrone ha una probabilit ~1 di raggiungere la giunzione BC e di attraversarla, essendo un portatore minoritario. quando un elettrone viene catturato da una lacuna della base, la batteria che alimenta la base provvede a rimpiazzare la carica libera perduta tramite la corrente di base. Poich la ricombinazione ha una probabilit di (1- ), anche la corrente di base si potr scrivere come

IB ~ (1- ) IE

corrente di collettore: IC ( la corrente che scorre effettivamente nel transistor) due contributi: 1 - elettroni che, immessi dallemettitore nella base, riescono a passare nel circuito di collettore : IC ~ IE 2 corrente inversa del diodo BC, Io, dovuta alla polarizzazione inversa

IC = IC+ Io = IE + Io IB + IC = IE IC = Io + IE = Io + IB + IC /(1- ) = del transistor ~ 10 102 IC = [ /(1- )] IB + [1/(1- )] Io

ATTENZIONE!!! Io molto piccolo ma moltiplicato per un fattore ~ ~ 10 102 Io I = I + con la temperatura I aumenta molto [1/(1- )] I non pu essere sempre trascurato.C B o B

In conclusione: quando il transistor in zona attiva (giunzione BE diretta; giunzione BC inversa)

IC = IB IE=IC+IB = IC + IC/ IC :- pu variare molto da un transistor allaltro anche se i transistor sono nominalmente uguali; - varia con il punto di lavoro, cio con le tensioni applicate al transistor - varia con la temperatura

Il parametro viene indicato con il simbolo hFE (se ci si riferisce a grandezze variabili si usano pedici minuscoli hfe ) e rappresenta il guadagno in corrente del transistor.

Caratteristiche di uscita del transistordescrivono la dipendenza della corrente di collettore dalla differenza di potenziale tra collettore ed emettitore VCE famiglia di curve corrispondenti a diversi valori della IB

3 regioni distinte: a) zona attiva b) zona di saturazione c) zona di interdizione

a) zona attiva: rette quasi orizzontali. IB e IC approx proporzionali. BJT utilizzato come amplificatore b) zona di interdizione: IC=0. VBE