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Il BJT (Bipolar Junction Transistor)

Il funzionamento si basa sulla iniezione di cariche minoritarie in una giunzione pn polarizzata inversamente, l’iniezione di carica è controllata dalla corrente nel terminale di base.

La terminologia: ∗ npn o pnp sono sigle con cui si identificano le due

possibili strutture del BJT, caratterizzate dalla presenza di un sottile strato si semiconduttore di tipo diverso fra due strati di semiconduttore dello stesso tipo. Si generano così due giunzioni pn in opposizione.

∗ Emettitore è il terminale che identifica il materiale, fortemente drogato, che inietta i portatori di carica.

∗ Collettore è il terminale che identifica il materiale da cui vengono raccolti i portatori iniettati.

∗ Base è il terminale la cui corrente controlla la corrente del dispositivo ma è anche l’area debolmente drogata, fra i due semiconduttori dello stesso tipo, in cui si genera l’effetto transistore in quanto comune alle due giunzioni.

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Struttura e simboli dei BJT

NPN

PNP

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Funzionamento del transistore bipolare

Regione attiva diretta: giunzione di emettitore polarizzata direttamente, di collettore inversamente.

Corrente di dispersione ICEO : corrente di saturazione di collettore a base aperta.

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Funzionamento del transistore bipolare

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Modello equivalente a largo segnale del BJT

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Caratteristica di ingresso del BJT a emettitore comune

−= 1T

be

V

V

BSB eII

VT è la tensione equivalente

alla temperatura (≅ 25mV a 17°C, cioè 290°K). La resistenza di ingresso a piccolo segnale:

ie

B

T

QB

BE hI

V

di

dvr ===π

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Caratteristiche di trasferimento dei BJT Il BJT in regione attiva funziona come un generatore di corrente controllato in corrente. L’equazione che descrive la trans-caratteristica:

−=== 1T

be

V

V

BSBFEBC eIIhII ββ a largo segnale

bfebc ihii == 0β a piccolo segnale T

C

QBE

C

mV

I

dv

dig ==

a piccolo segnale

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Caratteristiche di uscita dei BJT

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Modelli equivalente a piccolo segnale del BJT

Le espressioni dei parametri:

ie

B

T hI

Vr ==π

T

C

mV

Ig =

C

CEA

oI

VVr

+=

Nota:

βπ =rgm

ie

m

feh

g

h=

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Modello equivalente a piccolo segnale ad alta frequenza del BJT

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Risposta in frequenza del BJT

Banda del dispositivo: ( ) ebcbeb rCCf

'''2

1

+≈

πβ

Frequenza di transizione: ( )ebT

E

feTCV

Ifhf

'0 2π

β ≈=

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La polarizzazione dei BJT

È un circuito di principio per usare un BJT (npn) come amplificatore di tensione. Si può analizzare ancora con il metodo della retta di carico.

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Le regioni operative del BJT

A => regione di saturazione (entrambi le giunzioni polarizzate direttamente) B => corrente massima di collettore C => regione di break down cioè tensione massima collettore-emettitore D => massima dissipazione di potenza (dipende dalla temperatura e dalla resistenza

termica verso l’ambiente). È una iperbole costante== CCE ivP

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La scelta del punto di lavoro

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Il problema del clipping

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Modello equivalente a piccolo segnale dell’amplificatore elementare

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Esempi di circuito per la polarizzazione automatica

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Circuito di polarizzazione a quattro resistenze con capacità di bypass

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Risposta in

frequenza

dello stadio

elementare