Ci siamo occupati in precedenti articoli del funzionamento del Transistor BJT e delle sue applicazioni. Vedremo adesso come utilizzare il transistor BJT come interruttore ON OFF.
Abbiamo visto che osservando le caratteristiche di uscita di un transistor BJT ci troviamo in presenza di tre zone di funzionamento:
- La zona attiva, dove il transistor viene usato come amplificatore.
- Una zona di saturazione dove il valore della VCE è molto basso.
- E infine la zona di interdizione, prossimo all’asse delle x, in cui sia Ib che Ic sono prossime allo zero.
Le applicazioni del transistor BJT
A seconda delle zone in cui facciamo lavorare il transistor riusciremo a garantire delle prestazioni diverse. A seconda dell’applicazione che si vuole realizzare possiamo portare il transistor nella zona opportuna, semplicemente modificando il valore della corrente che entra nella base, Ib. Nell’esempio suggerito dal grafico a fianco abbiamo sostanzialmente le curve caratteristiche di un transistor che sta lavorando come amplificatore di segnale. In questo caso il valore della corrente di base Ib è variabile e, allo stesso modo, il valore della corrente in uscita Ic sarà variabile e amplificata di circa 100 volte come mostrato nel grafico della immagine a fianco. Facendo delle semplici osservazioni si può concludere che il transistor può essere utilizzato come amplificatore o anche come interruttore.
Osserviamo attentamente lo schema di collegamento di un transistor BJT configurato elettricamente con lo schema ad emettitore comune:
Dallo schema illustrato nella figura, si ottiene l’equazione alla maglia di uscita del transistor:
Vcc – (Rc x Ic) – Vce = 0;
Ic = -(1/Rc) x Vce + Vcc/Rc;
Quest’ultima relazione può essere rappresentata sul piano delle caratteristiche di uscita del transistor con una retta, che ha coefficiente angolare negativo (-1/RC) e che interseca l’asse delle y nel punto VCC/RC.
Questa è la retta di carico statica. Quindi le possibili intersezioni con gli assi cartesiani saranno:
per valori di x = Vce = 0 avremo:
- Ic = Vcc/Rc
- Vce = 0
per valori di y = Ic = 0 avremo:
- Ic = 0
- Vce = Vcc
Quindi possiamo concludere che per una data corrente di base Ib i valori della Vce e della Ic del punto P, ottenuto dall’intersezione fra la retta di carico e la caratteristica di uscita, definiscono il punto di funzionamento del transistor.
Indice
Zone di funzionamento del transistor BJT
Dopo quanto osservato possiamo definire le tre zone di funzionamento del transistor:
Zona Attiva – La giunzione base-emettitore, risulta polarizzata direttamente con una tensione tipica di 0.7v e la giunzione base-collettore è polarizzata inversamente. In questo caso vale ( considerando hfe = B ) la relazione fondamentale: Ic = hfe x Ib
Zona di Saturazione – Aumentando il valore della corrente di base Ib si osserva che il punto Q si sposta verso l’alto e a sinistra, il valore di Ic aumenta, mentre Vce diminuisce fino a raggiungere la zona di saturazione indicata.
Zona di Interdizione – Diminuendo il valore di Ib il punto di funzionamento Q si sposta verso valori di Ic sempre più bassi, fino a raggiungere la zona di interdizione. Per ottenere ciò si deve avere Ib ≅ 0 . In pratica con Vbe<Vγ la giunzione base-emettitore deve essere polarizzata negativamente. Quindi per interdire un transistor, si porta Vbe uguale a 0 o ad un valore leggermente negativo.
Il Transistor BJT utilizzato come interruttore ON OFF
Adesso ci siamo quasi arrivati: per utilizzare il transistor come interruttore, il dispositivo viene utilizzato facendolo commutare fra la zona di saturazione e la zona di interdizione. Per tale motivo parliamo di:
- Stato ON – Quando viene portato in zona di saturazione, il transistor presenta una VCE molto bassa. In questo caso viene considerato un interruttore chiuso, c’è conduzione di corrente quindi si attiva lo stato ON.
- Stato OFF – Lo stato aperto OFF si ottiene portando il transistor nella zona di interdizione. In questo caso IC e IB sono considerate nulle. Per ottenere questo è necessario VBE<Vγ o pù semplicemente: Vbe < 0, Ic ≅ 0 e Vce = Vcc.
UN ESEMPIO DI CIRCUITO CON TRANSISTOR UTILIZZATO COME INTERRUTTORE ON OFF
E’ il momento di effettuare un test con CircuitMod collegando un transistor NPN, 2 resistori, 1 diodo LED e una piccola batteria di alimentazione da 5 volt. Di seguito la figura delle connessioni da effettuare:
Quindi i componenti da utilizzare sono i seguenti:
- n.1 Transistor NPN BC337
- n.1 Resistore 10 kΩ
- n.1 Resistore 300 Ω
- n.1 Diodo LED colore rosso: Vd = 1,8v – I= 10,41mA
- n.1 Alimentazione continua V = 5v – I = 10,85 mA
Il Transistor BJT come interruttore ON OFF
Abbiamo visto in questo articolo il comportamento del transistor BJT configurato elettricamente ad emettitore comune. Può essere utilizzato come amplificatore per determinati valori di Ib e, inoltre il transistor BJT può essere utilizzato come interruttore ON OFF. Possiamo dire che lo studio del transistor non si ferma quì e proseguiremo con degli articoli di approfondimento. Vorremmo solo ricordare che abbiamo dedicato tutto uno studio propedeutico a questo argomento. Abbiamo scritto degli articoli sul componente ellettronico Diodo e sul Funzionamento del transistor BJT nel circuito amplificatore di cui abbiamo parlato diffusamente nella nostra sezione dedicata al Laboratorio di Elettrotecnica e di Elettronica.