Fondamenti di elettronica

Modi di polarizzazione del transistor a giunzione bipolare (BJT)

I modi di polarizzazione del transistor a giunzione bipolare (BJT) determinano come scorre la corrente e il comportamento del dispositivo. Ecco le modalità principali:

Modalità di funzionamento

Attivo diretto

• La giunzione emettitore-base (JE) è polarizzata direttamente (conduce corrente).
• La giunzione collettore-base (JC) è polarizzata inversamente.
• Questo è il modo più comune, in cui il transistor amplifica la corrente da base a collettore.

Attivo inverso

• JE è polarizzata inversamente, mentre JC è polarizzata direttamente.
• Raramente usato, perché il transistor non funziona efficientemente in questa modalità.

Saturazione

• Entrambe le giunzioni (JE e JC) sono polarizzate direttamente.
• Permette alla corrente di scorrere liberamente da collettore a emettitore, quindi il transistor è "acceso" e funziona quasi come un interruttore chiuso.

Interdizione

• Entrambe le giunzioni sono polarizzate inversamente.
• Non scorre corrente tra collettore ed emettitore, quindi il transistor è "spento" e funziona come un interruttore aperto.

Effetto transistor

Il transistor funziona grazie alla regione di base stretta e alla bassa concentrazione di impurità nel collettore. In modalità attivo diretto, la corrente fluisce principalmente da collettore a emettitore attraverso la base, un comportamento che differenzia il transistor da due diodi messi insieme (che bloccherebbero la corrente tra collettore ed emettitore).

Funzionamento del BJT npn in modalità attiva diretta

L'effetto transistor in un BJT npn in modalità attiva diretta consente di amplificare la corrente tra base e collettore. Ecco come funziona:

Configurazione e polarizzazione

• La giunzione collettore-base (JC) è polarizzata inversa (VC > VB), mentre la giunzione emettitore-base (JE) è polarizzata diretta (VB > VE).
• La base è sottile e collegata a una tensione intermedia, l'emettitore è a massa (GND).

Flusso di elettroni

• Gli elettroni fluiscono dall'emettitore (n) alla base (p).
• Gli elettroni che entrano in base sono cariche minoritarie e attraversano rapidamente la base sottile senza ricombinarsi, finendo nel collettore grazie alla polarizzazione inversa della JC.

Flusso di corrente

• Questo movimento crea una corrente collettore-emettitore (IC) che va da collettore (C) a emettitore (E).
• Solo una piccola corrente IB entra nella base e scorre verso l'emettitore, e la corrente totale dall'emettitore è data da IE = IC + IB.

Amplificazione

• Il rapporto tra corrente di collettore e base è controllato dal guadagno β del transistor, dove IB = IC/β (tipicamente β è tra 20 e 500).
• Finché VCE > VBE, il transistor rimane in modalità attiva, indipendentemente da quanto è alta la VCE. Ma se VCE < VBE, il transistor entra in saturazione (transistor "acceso").

Questo effetto consente al BJT di amplificare segnali in ingresso, grazie alla base stretta e alla struttura npn.

BJT npn configurato a emettitore comune

In un BJT npn configurato a emettitore comune, il funzionamento può essere semplificato così:

Polarizzazione diretta del diodo base-emettitore

• Se la tensione tra base ed emettitore (VBE) è maggiore di 0,7V, il diodo tra base ed emettitore è polarizzato direttamente. Questo fa scorrere una corrente di base IB diversa da zero.

Corrente di collettore

• Quando scorre IB, si genera una corrente nel collettore IC = β · IB, dove β è il guadagno di corrente del transistor.
• Questo significa che una piccola corrente IB in base controlla una corrente molto più grande IC tra collettore ed emettitore.

Condizione di blocco

• Se VBE è inferiore a 0,7V, il diodo base-emettitore non è polarizzato direttamente. In questo caso, non c’è corrente né in base, né in collettore, né in emettitore: il transistor è "spento".

In breve: per "accendere" il BJT npn, serve VBE > 0,7V; così una piccola IB permette una corrente maggiore IC tra collettore ed emettitore.

Interdizione

• Se le due giunzioni (base-collettore JC e base-emettitore JE) sono polarizzate inversamente, non scorre corrente tra i terminali.
• Ci sono solo piccolissime correnti di minoranza (trascurabili), quindi il transistor è “spento”.

Saturazione

• Quando le due giunzioni (JC e JE) sono polarizzate direttamente (collettore-base e base-emettitore sono entrambi attivati), il BJT entra in saturazione.
• In questo caso, la tensione VCE (tra collettore ed emettitore) è ridotta, permettendo al transistor di condurre.