Il Transistor - "I componenti elettronici"

Cos’è il Transistor?

“I componenti elettronici” – Il Transistor

La comprensione della funzionalità dei componenti elettronici è essenziale per conoscere l’elettronica ed è utile nella progettazione di un circuito elettronico o in una sua riparazione.

Ti parlerò dei cinque componenti elettronici più comuni le Resistenze (o Resistori), i Condensatori, i Diodi, i Transistor e i Circuiti integrati.

Iniziamo.

Lo scopo è di far comprendere l’importanza di questo componente e come ha, praticamente, rivoluzionato il nostro modo di vivere.

Senza il transistor non avremmo tutti i dispositivi che utilizziamo quotidianamente.

Dallo smartphone, al pc, al tablet, ai decoder, ai televisori digitali, alle sofisticate apparecchiature mediche e scientifiche e via così.

Praticamente, all’interno di tutti i dispositivi elettronici ce ne sono milioni e milioni.

Per approfondire fino in fondo l’argomento, non basterebbero decine di articoli.

Iniziamo con questo concentrandoci sui termini e le funzioni più generali.

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Un po’ di storia

Il transistor è la più grande invenzione del 20° secolo nell’ambito dei componenti elettronici.

Il termine “transistor” deriva dalla combinazione delle parola transmitter (trans) e dalla parola resistor (sistor).

Il primo venne impiegato nel dicembre del 1947 da 3 scienziati statunitensi della Bell Telephone Laboratories, i premi nobel William Shockley, John Bardeen e Walter Brattain.

Inizialmente venne utilizzato come trasmettitore, poiché in grado di convertire le onde sonore in onde elettroniche ed anche come una resistenza per controllare la corrente elettrica.

Ma negli anni il suo utilizzo è andato ben oltre, arrivando a sostituire le valvole.

Questo perché è più affidabile, meno ingombrante e richiede meno potenza.

Iniziano ad essere commercializzati nella prima metà del 1954 dalla Texas Instruments.

Oggi sono utilizzati in tutti i circuiti elettronici e in tutti i circuiti integrati.

Tutte le più grandi aziende del settore realizzano transistor sempre più piccoli, veloci ed economici.

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Come è fatto un transistor

Il transistor è composto da 3 strati sovrapposti di materiale semiconduttore.

Inizialmente come semiconduttore fu usato il germanio, ma in seguito si è preferito il silicio, perché più economico, facile da reperire e lavorare.

Questo materiale semiconduttore, attraverso un processo che viene chiamato drogaggio (doping), acquisisce una carica positiva (tipo P), o una negativa (tipo N).

Ad ogni giunzione è collegato un terminale.

I due tipi di transistor

Esistono fondamentalmente due tipi di transistor: a giunzione bipolare e ad effetto di campo.

Transistor a effetto di campo (anche chiamato unipolare).

Transistor a effetto di campo JFET N/P Channel
Transistor a effetto di campo MOSFET N/P Channel

Questa è la simbologia standard per rappresentare i transistor a effetto di campo.

È un dispositivo a tre terminali chiamati Gate (G), Source (S) e Drain (D) e Bulk (substrato connesso al source).

Esistono tre famiglie principali di transistor a effetto di campo: JFET, MESFET e MOSFET.

– Il Mosfet è utilizzato tantissimo nell’elettronica digitale.

– Il Jfet sostanzialmente è una via di mezzo tra un transistor bipolare ed uno ad effetto di campo.

– Il Mesfet è molto simile al Jfet con la differenza che la giunzione P-N realizzata è di tipo Schottky.

Applicando una tensione al Gate possiamo controllare il passaggio di cariche tra il source e il drain.

Possiamo controllare la corrente elettrica che lo attraversa attraverso un campo elettrico che si forma al suo interno.

Transistor bipolare

Viene utilizzato come amplificatore o come interruttore per controllare la corrente.

È un dispositivo a tre terminali, chiamati Base (B), Collettore (C) ed Emettitore (E).

Applicando una piccola quantità di corrente alla sua base, una corrente più alta fluisce dal collettore verso l’emettitore.

In questo caso funge da interruttore, in quanto una piccola quantità di corrente può attivare o disattivare una quantità di corrente maggiore.

Transistor bipolare

Un bipolare è composto da questi tre strati strutturati in modo che possa contenere uno strato di tipo P racchiuso tra due strati di tipo N (NPN), oppure uno strato N racchiuso tra due strati P (PNP).

I transistor NPN e i PNP hanno le stesse proprietà, ma differiscono per il fatto che hanno le polarità invertite.

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Come funziona il transistor bipolare

a giunzione bipolare di tipo NPN e PNP

Con questi 2 simboli vengono rappresentati in elettronica i transistor a giunzione bipolare di tipo NPN e PNP.

Le tensioni ai 3 terminali, ovvero B, C ed E, vengono misurate rispetto alla massa del circuito.

Viene chiamata:

  • VC la tensione di collettore;
  • VB la tensione di base;
  • e VE la tensione di emettitore.
  • Con VBE si indica la tensione tra i terminali di base e emettitore;
  • con VBC quella tra base e collettore;
  • e con VCE quella tra collettore ed emettitore.
Rappresentazione circuitale

Il transistor deve rispettare alcune proprietà fondamentali:

Il Collettore deve essere più positivo dell’Emettitore

I circuiti Base-Emettitore e Base-Collettore possiamo immaginarli come due diodi schiena contro schiena.

Normalmente il diodo base-emittente è conduttore (con una caduta di tensione diretta V, di circa 0,7 V) mentre il diodo base-collettore è polarizzato in senso inverso.

Ogni transistor ha valori massimi di IC, IB e VCE che non possono essere superati, altrimenti si rischia di bruciarlo.

Inoltre bisogna dissipare correttamente il calore che produce.

La corrente che scorre dal collettore all’emettitore ICE è proporzionata alla corrente di base IB e può essere calcolata nel seguente modo:

IC = hFE * IB                              oppure                                IC = β * IB

Dove l’hFE (o β) rappresenta il guadagno del transistor.

In aiuto ci sono i DATASHEET (le schede tecniche) di ogni singolo componente fornite dai produttori dove sono elencate tutte le informazioni tecniche.

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