Transistor a giunzione bipolare

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Un transistor a giunzione bipolare (in inglese bipolar junction transistor o BJT) è un tipo di transistor, cioè un componente elettronico che funziona come amplificatore o interruttore, ed è formato da semiconduttori drogati. Il BJT è formato da diversi strati, drogati in modo diverso, che formano transistor NPN o PNP. La sezione centrale è la base del transistor. Variando la corrente tra la base e un terminale chiamato emettitore, si può variare il flusso di corrente tra l'emettitore e un terzo terminale detto collettore, causando l'amplificazione del segnale a quel terminale. Si può pensare ai BJT come a dei resistori controllati in corrente. Solitamente i BJT si possono definire amplificatori di corrente.

Si può pensare a un transistor bipolare come a due diodi uniti. Normalmente, la giunzione base-emettitore è polarizzata direttamente, mentre la giunzione base-collettore è polarizzata inversamente. Per esempio, in un transistor NPN, gli elettroni passano dall'emettitore (per "diffusione") verso la base. Questi elettroni nella base sono minoritari - ci sono molte lacune con cui ricombinarsi. La base è sempre molto sottile così che la maggior parte degli elettroni si diffondono anche nel collettore prima di ricombinarsi con le lacune. La giunzione base-collettore è polarizzata inversamente per evitare il flusso di lacune, mentre gli elettroni vengono trascinati nel collettore dal campo elettrico presente attorno alla giunzione. La proporzione di elettroni che riesce a "saltare" la base e a giungere al collettore dipende dalla corrente che passa attraverso la base. Quindi, una piccola variazione della corrente di base si traduce in un gran cambiamento nel flusso di elettroni tra emettitore e collettore. Per esempio il rapporto tra queste correnti (I_c/I_b, chiamato solitamente β) in alcuni transistori bipolari è 100 o più.

Lo schema di fronte è la rappresentazione di un transistor NPN connesso a due sorgenti di tensione. Perché il transistor conduca corrente da C a E, si applica una tensione (di circa 0.7 volt) alla giunzione base-emettitore. Questa tensione è chiamata V_BE. Questo fa in modo che la giunzione p-n conduca permettendo a una corrente più grande (I_C) di scorrere nel collettore. La corrente totale che scorre in uscita è semplicemente la corrente di emettitore, I_E. Come tutti i componenti elettronici, la corrente totale in ingresso deve essere uguale alla corrente totale in uscita, quindi:

I_E = I_B + I_C

Questo comportamento può essere sfruttato per creare un interruttore digitale: se la tensione di base è semplicemente una serie di "acceso-spento", allora anche la corrente di collettore seguirà lo stesso andamento nel tempo. Se la tensione di base varia leggermente attorno alla tensione di alimentazione, anche la corrente da E a C varia, permettendo al transistor di funzionare come amplificatore.

I transistor hanno diverse zone di lavoro:

• Nella regione lineare, la corrente collettore-emettitore è approssimativamente proporzionale alla corrente di base, ma più grande di circa 100 volte; questa è la zona di lavoro ideale per l'amplificazione di corrente.
• Il BJT entra in saturazione quando entrambe le giunzioni sono polarizzate direttamente e la corrente di base non controlla più l'effetto di amplificazione (il transistore si comporta come un interruttore chiuso).
• Un transistor lavora in regime di interdizione (cut-off) quando la tensione base-emettitore è troppo bassa per permettere ad una corrente sufficiente di scorrere.

Nei tipici BJT in silicio, questo succede tipicamente sotto i 0.7V. I BJT che lavorano alternamente in zone di interdizione e saturazione possono essere visti come interruttori elettronici. Il transistor in germanio era più comune negli anni '50 e '60, e anche se ha una tensione di "cut off" più bassa, è molto più sensibile alla temperatura.

In termini generali, comunque, il ß, ovvero il guadagno del transistor, è estremamente dipendente dalla temperatura di esercizio: all'aumentare della stessa il guadagno aumenta. In base alla tipologia di circuito elettronico che viene realizzato (ma in particolare nei circuiti amplificatori che richiedono al componente di lavorare nella zona linerare delle sue caratteristiche), il progettista dovrebbe sempre considerare una soddisfacente retroazione, tale da minimizzare gli effetti della variazione di temperatura.

In passato, all'epoca dei calcolatori analogici, fu utilizzato anche per implementare delle funzioni di calcolo logaritmico sfruttando le caratteristiche curve di risposta della zona non lineare.

[modifica] Voci correlate

• Elettronica
• Transistor

[modifica] Collegamenti esterni

• Una introduzione al BJT (Nota: questo sito mostra la corrente come un flusso di elettroni, invece di seguire la convenzione secondo cui la corrente segue il flusso delle lacune, quindi le frecce potrebbero indicare il senso sbagliato)
• Curve caratteristiche
• Analogia con l'acqua