Il dispositivo e il principio di funzionamento del transistor

L'importanza pratica del transistor bipolare per l'elettronica moderna e l'ingegneria elettrica non può essere sopravvalutata. I transistor bipolari sono usati oggi ovunque: per generare e amplificare segnali, nei convertitori elettrici, nei ricevitori e trasmettitori e in molti altri luoghi, possono essere elencati per molto tempo.

Pertanto, nell'ambito di questo articolo, non toccheremo tutte le possibili aree di applicazione dei transistor bipolari, ma considereremo solo il dispositivo e il principio generale di funzionamento di questo meraviglioso dispositivo a semiconduttore, che dagli anni '50 ha trasformato l'intera industria elettronica e sin dagli anni '70 ha contribuito in modo significativo all'accelerazione del progresso tecnico.

Un transistor bipolare è un dispositivo semiconduttore a tre elettrodi che include tre basi di conducibilità variabile come base. Pertanto, i transistor sono di tipo NPN e PNP. I materiali semiconduttori da cui sono realizzati i transistor sono principalmente: silicio, germanio, arseniuro di gallio e altri.

Il silicio, il germanio e altre sostanze sono inizialmente dielettrici, ma se si aggiungono impurità, diventano semiconduttori. Aggiunte al silicio come il fosforo (un donatore di elettroni) renderanno il silicio un semiconduttore di tipo N, e se il boro (un accettore di elettroni) viene aggiunto al silicio, allora il silicio diventerà un semiconduttore di tipo P.

Di conseguenza, i semiconduttori di tipo N hanno conduzione di elettroni e i semiconduttori di tipo P hanno conduzione di lacune. Come capisci, la conduttività è determinata dal tipo di portatori di carica attivi.

Quindi, una torta a tre strati di semiconduttori di tipo P e di tipo N è essenzialmente un transistor bipolare. Attaccati a ogni livello ci sono terminali chiamati: Emettitore, Collettore e Base.

La base è un elettrodo di controllo della conduttività. L'emettitore è la sorgente dei portatori di corrente nel circuito. Il collettore è il luogo nella direzione in cui si precipitano i portatori di corrente sotto l'azione dell'EMF applicato al dispositivo.

I simboli per i transistor bipolari NPN e PNP sono diversi nei diagrammi. Queste designazioni riflettono solo il dispositivo e il principio di funzionamento del transistor nel circuito elettrico. La freccia è sempre tracciata tra l'emettitore e la base. La direzione della freccia è la direzione della corrente di controllo che viene immessa nel circuito dell'emettitore di base.

Quindi, in un transistor NPN, la freccia punta dalla base all'emettitore, il che significa che in modalità attiva, gli elettroni dall'emettitore si precipiteranno verso il collettore, mentre la corrente di controllo deve essere diretta dalla base all'emettitore.

In un transistor PNP, è esattamente l'opposto: la freccia è diretta dall'emettitore alla base, il che significa che in modalità attiva i fori dall'emettitore si precipitano al collettore, mentre la corrente di controllo deve essere diretta dall'emettitore al base.

Vediamo perché questo accade. Quando una tensione positiva costante viene applicata alla base di un transistor NPN (nella regione di 0,7 volt) rispetto al suo emettitore, la giunzione pn base-emettitore di questo transistor NPN (vedi figura) è polarizzata in avanti e la potenziale barriera tra la giunzione del collettore -base e l'emettitore di base diminuiscono, ora gli elettroni possono attraversarla sotto l'azione dell'EMF nel circuito collettore-emettitore.

Con una corrente di base sufficiente, in questo circuito sorgerà una corrente collettore-emettitore che si raccoglierà con la corrente base-emettitore. Il transistor NPN si accenderà.

La relazione tra la corrente del collettore e la corrente di controllo (base) è chiamata guadagno di corrente del transistor. Questo parametro è indicato nella documentazione del transistor e può variare da unità a diverse centinaia.

Quando una tensione negativa costante viene applicata alla base di un transistor PNP (nella regione di -0,7 volt) rispetto al suo emettitore, la giunzione np base-emettitore di questo transistor PNP è polarizzata in avanti e la potenziale barriera tra il collettore- base e giunzione base -emettitore diminuiscono, ora i fori possono attraversarlo sotto l'azione dell'EMF nel circuito collettore-emettitore.

Notare la polarità dell'alimentazione al circuito del collettore. Con una corrente di base sufficiente, in questo circuito sorgerà una corrente collettore-emettitore che si raccoglierà con la corrente base-emettitore. Il transistor PNP si accenderà.

I transistor bipolari sono comunemente usati in vari dispositivi in ​​amplificatore, barriera o interruttore.

In modalità boost, la corrente di base non scende mai al di sotto della corrente di mantenimento, il che mantiene il transistor sempre in uno stato di conduzione aperto. In questa modalità, oscillazioni di corrente di base basse avviano oscillazioni corrispondenti a una corrente di collettore molto più elevata.

Nella modalità chiave, il transistor passa da uno stato chiuso a uno aperto, fungendo da interruttore elettronico ad alta velocità. In modalità barriera, modificando la corrente di base, viene controllata la corrente di carico inclusa nel circuito del collettore.

Guarda anche:Interruttore elettronico a transistor - Principio di funzionamento e schema