Transistor

I transistor contengono due giunzioni, ognuna delle quali può essere polarizzata in modo diretto o

inverso. Indicheremo come BC la giunzione base-collettore e come BE la giunzione base-

emettitore.

Poiché ogni giunzione può essere polarizzata in modo diretto o inverso, un BJT può assumere

quattro diverse modalità di funzionamento:

- Interdizione;

- Attiva diretta (funzionamento normale);

- Saturazione;

- Attiva inversa.

Interdizione

Entrambe le giunzioni sono polarizzate inversamente.

In un transistor n-p-n significa che la base è a potenziale più basso sia del collettore che

dell’emettitore.

In questa condizione le correnti nei terminali del transistor si riducono alle correnti inverse delle

giunzioni, che sono praticamente trascurabili.

Ib = Ic = Ie = 0 Vbe <0 Vbc < 0

Attiva Diretta (funzionamento normale)

BE -> diretta BC -> inversa

In un transistor n-p-n significa che la base è a potenziale più alto dell’emettitore e il collettore è a

potenziale più alto della base.

È la situazione più usata del transistor, ne permette il funzionamento come amplificatore.

Se la VBE è sufficientemente grande per abbattere la barriera di potenziale, gli elettroni liberi

dell’emettitore penetrano nella base, dove sono portatori minoritari; dato l’elevato drogaggio

dell’emettitore e il basso drogaggio della base, gli elettroni sono ben più numerosi delle lacune

della base perciò il loro tempo di vita è lungo. Quindi nella base solo una piccola percentuale di

elettroni può ricombinarsi e dar luogo a corrente percorrendo la base come elettroni di valenza.

La maggior parte degli elettroni liberi, a causa del lungo tempo di vita e del ridotto spessore della

base, riesce a raggiungere la zona di svuotamento della giunzione BC, polarizzata inversamente.

Qui gli elettroni essendo portatori minoritari vengono spinti dal campo elettrico e si riversano nel

collettore. Nei BJT la percentuale di elettroni liberi che, rilasciati dall’emettitore, si riversa nel

collettore è del 95%.

Nelle zone neutre dell’emettitore e del collettore, glie elettroni liberi scorrono sotto l’effetto delle

tensioni esterne: si stabilisce un flusso continuo tra E e C, l’intensità di questo flusso sta in un

rapporto preciso con la corrente di base, perciò può essere controllata agendo su tale corrente

che è assai più piccola.

Vbe > 0 Vbc < 0 Ic =  Ib

Funzionamento Inverso (Attiva inversa)

BC -> diretta BE -> inversa

La situazione è equivalente a quella descritta per il funzionamento normale con le tensioni

invertite, i fenomeni che accadono sono simili, invece, a causa delle concentrazioni di drogante tra

emettitore e collettore, sono diversi i rapporti tra le correnti. La percentuale di elettroni che dal

collettore raggiungono l’emettitore, è molto più bassa. Questa modalità di funzionamento non ha

interesse pratico.

Saturazione

BC -> diretta BE-> diretta

In questo caso la base ha potenziale più alto sia dell’emettitore che del collettore.

Polarizzando direttamente entrambe le giunzioni si toglie ogni ostacolo alla diffusione degli

elettroni liberi che tendono spontaneamente a migrare verso la zona a concentrazione minore.

Nella base si crea una zona di passaggio mentre nelle zone neutre la concentrazione viene

mantenuta stabile.

Rispetto al funzionamento normale, in saturazione la corrente di base è percentualmente

maggiore della corrente di collettore; esse cresce sensibilmente se si aumenta la tensione base-

emettitore, senza che ciò provochi un aumento della corrente di collettore. Le tensioni tra BC e BE

non possono differire di molto perché sono entrambe polarizzate direttamente.

Le correnti del transistor

Il transistor è interessato da tre correnti: Ic, Ib, Ie.

Nel funzionamento normale la corrente maggiore è quella di emettitore ed è simile a quella di

collettore, la base ha una corrente molto piccola Ib = 1% IC.

La legge di Kirchhoff ci permette di stabilire la seguente relazione: Ie = Ic + Ib.

La grande utilità del transistor è legata al fatto che la Ic è proporzionale alla Ib, il loro rapporto è

Ic

β=

denominato guadagno statico di corrente: .

Ib

Modello di Ebers-Moll

Il modello di Ebers-Moll è un modello circuitale del BJT per i grandi segnali.

  1

F

  0.02 / 0.5

R (VBE/VT)

I = I (e – 1)

DE SE (VBE/VT)

I = I (e – 1)

DC SC

V = KT / Q

T

I = I -  I

E DE R DC

I = I -  I

C DC F DE

  / 1- 

F = F F

  / 1- 

R = R R

Transistor MOSFET

È il transistor più utilizzato, MOSFET significa “Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”.

In condizioni normali tra source e drain non passa corrente, fino a quando Vg = 0.

Se applico una tensione positiva sul gate, attiro gli elettroni che rimangono bloccati nella parte tra

semiconduttore e ossido, perché l’ossido non li fa passare (è un isolante).

All’inizio gli elettroni sono pochi e non riescono a formare un canale, quando la Vgs supera un

certo valore di soglia si forma uno strato di elettroni tra drain e source sufficiente a permettere il

passaggio di corrente.

Mantenendo la Vgs costante ed aumentando la Vds, la Vgd diminuisce (canale più popolato verso

il source)

All’aumentare della Vds si stringe il canale in prossimità del drain.

Caratteristica Id – Vds

Curve di uscita

Equazioni MOSFET