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Dispositivi elettronici

Il transistor bipolare a Il transistor bipolare a giunzione (giunzione (bjtbjt) )

Sommario

Il transistor bipolare a giunzione (bjt)come è fatto un bjtprincipi di funzionamento

(giunzione a base corta)effetto transistor (WBNB)

……..

npn – bjt(bipolar junction transistor)

tipo-nregione diEmettitore

(E)

tipo-nregione diCollettore

(C)

tipo-pregione di

Base(B)

WB

Emettitore Collettore

(E) (C)

Base(B)

GiunzioneBase-emettitore

(EBJ)

GiunzioneBase-collettore

(CBJ)

pnp – bjt(bipolar junction transistor)

tipo-pregione diEmettitore

(E)

tipo-pregione diCollettore

(C)

tipo-nregione di

Base(B)

WB

Emettitore Collettore

(E) (C)

Base(B)


(EBJ)

GiunzioneBase-collettore

(CBJ)

Transistor bipolare a giunzionemodi di funzionamento

ATTIVA DirettaInversaDiretta

SATURAZIONEDirettaDiretta

ATTIVA InversaDirettaInversa

SPENTOInversaInversa

MODOGiunzione

Base-collettore(CBJ)


(EBJ)

Transistor bipolare a giunzione

Il bjt per avere un corretto funzionamento deve avere due caratteristiche principali:

Spessore di base molto sottile se confrontato con la lunghezza di diffusione dei portatori minoritari nella base (per avere effetto transistor):

WB > NB (> NC)


Principio di Funzionamento

(trascuriamo lo spessore delle RCS)

• Considero un bjt npn• In polarizzazione attiva diretta• Nel quale nonnon siano soddisfattesiano soddisfatte le due

condizioni precedentemente descritte.Sia quindi: WB >> LB, NE = NB

Transistor bipolare a giunzioneCosa succede se WB >> LB, NE = NB

n (emitter) p (base) n (collector) ICIE

El. InjEl. Ric.

Lac.

In

jLa

c. R

ic.

IB

Giunzione Polarizzata

direttamente

Giunzione Polarizzata

inversamente

La giunzione BCpolarizzata in inversa fornisce una corrente

trascurabile (Is)

Transistor bipolare a giunzioneCosa succede se WB >> LB, NE = NB

Quindi se la base del transistor non è “stretta”, tutti gli elettroni iniettati dall’emettitore si ricombinano in base e la giunzione BC polarizzata in inversa non dà nessun contributo (quasi). È come se fosse:

QUINDI: NON HO NESSUNEFFETTO TRANSISTORIE = IBIC= 0

IB

IE IC

E CB

IBE C

BIE IC

Transistor bipolare a giunzionePrincipio di

funzionamento

• Considero un bjt npn• In polarizzazione attiva diretta• Che sia a base stretta WB

Transistor bipolare a giunzioneBase stretta WB

Transistor bipolare a giunzionePrincipio di

funzionamento

• Considero un bjt npn• In polarizzazione attiva diretta• Che sia a base stretta WB > NB

Transistor bipolare a giunzioneCondizioni ideali WB > NB

n (emitter) p (base) n (collector) ICIE

El. Inj

Lac.

In

j

IB

Giunzione Polarizzatainversamente

Giunzione Polarizzatadirettamente

El. Ric.

A fronte di poche lacune iniettate in

base, nel collettore

arrivano molti elettroni!

Transistor bipolare a giunzioneCondizioni ideali: WB > NB

Se il drogaggio di emettitore è molto maggiore del drogaggio di base, a fronte di una piccola quantità di lacune iniettate in base (per la legge della giunzione) si ha un gran numero di elettroni iniettati dall’emettitore che raggiungono il collettore (continua a esserci la base stretta).

QUINDI:C’È EFFETTO

TRANSISTOR E ANCHE AMPLIFICAZIONE

IC >> IBIE ≅ IC

Transistor bipolare a giunzioneAnalisi semplificata

• Considero un bjt npn• In polarizzazione attiva diretta• Che sia a base stretta WB > NB• Trascuro il contributo della BCJ

(polarizzata in inversa)• Trascuro la Gen/Ric nelle RCS

(peraltro mai considerate)


n (emitter) p (base) n (collector)

IB

IC

IpE

IRB

InB InC

IE

ICIE

IB


• Indichiamo con VE e VC le tensioni applicate alle giunzioni Base_Emettitore e Base-Collettore rispettivamente, con la convenzione che tali tensioni si intendono positive in caso di polarizzazione diretta e negative in caso di polarizzazione inversa• In polarizzazione attiva diretta sarà quindi: VE < 0, VC > 0.

Transistor bipolare a giunzioneAnalisi semplificata (InB)


pE0 pC0

pE(0)

nB(0)

WB

InB

xX=0

( ) ( )

−==

B

BBE

BBEnB W

0nqDAdx

xdnqDA)x(I( ) TE

VV

0BB en0n =

Transistor bipolare a giunzioneAnalisi semplificata (IC)


pE0 pC0

pE(0)

nB(0)

WB

InB ≈ InC

xX=0

IC

NOTA: non ho considerato la IRB in quanto InC>>IRBe quindiInB ≅InC= -IC

T

E

T

EVV

SVV

BB

2iBE

nBnCC eIeWNnqDAIII =

=−=−=

Transistor bipolare a giunzioneAnalisi semplificata (IB)

Dalla legge della giunzione


pE0 pC0

pE(0)

nB(0) WB

xIpE IRB

Qn

T

EVV

EE

2iEE

pE eLNnqDAI

=

nRB

b

QIτ

=Qn=carica di minoritari in baseτb=tempo di vita dei minoritari


( )T

EVV

B

B2i

EBB

En eN2WnqA

2W0nqAQ ==

T

EVV

bB

B2i

ERB eN2WnqAI

τ=

β=

τ

+=+= CVV

bB

2B

E

B

E

B

B

ESRBpEB

IeD2W

LW

NN

DDIIII T

E


bB

2B

E

B

E

B

B

ED2W

LW

NN

DD

1

τ+

=β β=Guadagno di corrente ad

emettitore comune

Per avere valori di β elevati bisogne avere:

Base stretta (WB piccolo) e poco drogatarispetto all’emettitore (NB/NE piccolo)

Transistor bipolare a giunzioneFunz. in zona ATTIVA DIRETTA

α−α

=β+ββ

=α

α=β+β

=

β+β

=+=

11

II

eI1I

I1III

EC

VV

SE

CCBE

T

E

E

T

E

T

E

T

VV

C SVVC S

B

VVC S

E

I I e

I II e

I II e

β β

α α

=

= =

= =

α=Guadagno di corrente a base comune

Transistor bipolare a giunzioneModello circuitale

C BI Iβ=C

IB

IE

IC

E

B+

_vBE

( )E BI 1 Iβ= +C BI Iβ=

IB

IE

IC

E

CB+_0.7 V

( )E BI 1 Iβ= +

IN ZONA ATTIVA DIRETTA

Transistor bipolare a giunzioneFunz. in zona di SATURAZIONE

SAT UR AZI ONEDirettaDiretta

MOD OGiunzioneBase-collettoreGiunzione

Base-emettitore

SAT UR AZI ONEDirettaDiretta


Base-emettitore


Giunzioni polarizzatedirettamente

Eccesso di portatori accumulati in base che danno problemi nella commutazione

C BI Iβ


IN ZONA DISATURAZIONE

IB

IE

IC

E

CB+_0.8 V

+ -0.6 V

VCE=0.2 V

Le correntiIB, IC e IE sono

determinatedal circuito

esterno

C BI Iβ

Transistor bipolare a giunzioneFunz. in INTERDIZIONE

SP E NT OInversaInversa


Base-emettitore

SP E NT OInversaInversa


Base-emettitore


C

B

E

I 0I 0I 0

=

=

=

Giunzioni polarizzateinversamente

Trascurando la corrente di saturazione inversa


IN INTERDIZIONE

IB

IE

IC

E

CB

C

B

E

I 0I 0I 0

=

=

=

Transistor bipolare a giunzioneFunz. in ATTIVA INVERSA

AT T I VA I n ve r s aDirettaInversa


Base-emettitore

AT T I VA I n ve r s aDirettaInversa


Base-emettitore

Vedremo dopo che il bjt non e’ simmetrico, c’è ancora effettotransistor, ma c’è poca (anche < 1) amplificazione!!

NON VIENE MAI USATA!


Giunzione polarizzata

inversamente

Giunzione polarizzatadirettamente

Transistor bipolare a giunzioneSimboli circuitale e convenzioni

IB

IE

IC

E

C

Bpnp

IB

IE

IC

E

C

Bnpn

La freccia presente nel terminale di emettitore indica ilverso della corrente. Con la convenzione adottata nel

verso delle correnti, nel normale funzionamento, si troveranno sempre correnti positive.


Interdizione

Attiva

Saturazione

Caratt. ad Emettitore Comune

IC(mA)

VCE (V)

IB=10 µA

IB

IC

E

C

B

+

_VCE

100β =20 µA30 µA40 µA

50 µA

0 1 2

543210

Dalla trattazione Semplificata, non c’è Dipendenza da VCE (V)

Transistor bipolare a giunzioneEFFETTO EARLY


pn0 pn0

Pn(0)

np(0)

In

W

p pn E n E n

n (x) n (0)I A qD A qD

x W∂

= = − ∂

In dipende dal gradientedi concentrazione di

elettroni in base

Transistor bipolare a giunzioneEFFETTO EARLY


pn0 pn0

Pn(0)

np(0)

W

InSi ha un

allargamento della RCS e

diminuzione di W

W

Aumentando VCE, aumenta anche la

polarizzazione inversa della BCJ

Questo comporta un aumento del gradiente di concentrazione di elettroni in base con il conseguente aumento di In

Transistor bipolare a giunzioneEFFETTO EARLY – caratt. uscita

IC(mA)

VCE (V)

IB=10 µA

20 µA

30 µA

40 µA50 µA

0 1 2

543210

VA

TensioneEarly

Transistor bipolare a giunzioneEFFETTO EARLY – caratt. uscita

IC(mA)

VCE (V)

IB=10 µA

20 µA

30 µA

40 µA50 µA

0 1 2

543210

VA

TensioneEarly

IC(mA)

VCE (V)

IB=10 µA

20 µA

30 µA

40 µA50 µA

0 1 2

543210

VA

TensioneEarly

VA

TensioneEarly

E

T

VV CE

C SA

VI I e 1V

= +

B BE

1

C0

CE I ,V cos t

A

C

IrV

VI

− ∂ =∂

≅

r0 ha importanti ripercussionisul funzionamento

del transistor come amplificatore

Transistor bipolare a giunzioneStruttura dei transistor attuali

n-

Si-p

bulk

n+p

B E C n+n+

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