I transistor sono diventati una parte cruciale dell’elettronica contemporanea ed è impossibile immaginare un mondo senza di essi. Studieremo la classificazione e vari tipi di transistor in questo tutorial. Sulla base degli usi previsti, impareremo a conoscere BJT (NPN e PNP), JFET (N-Channel e P-Channel), MOSFET (Enhancement and Depletion) e anche transistor.
Introduzione
Un transistor è un dispositivo a semiconduttore che può essere utilizzato come interruttore controllato elettricamente o per amplificare i segnali. Un transistor ha tre terminali e un po’ di corrente o tensione su uno di essi (o sul conduttore) controlla un massiccio flusso di corrente tra gli altri due terminali (conduttori).
Da molto tempo i transistor hanno preso il posto delle valvole termoioniche perché offrono maggiori vantaggi. I transistor sono dispositivi compatti con bassa dissipazione di potenza e bassi requisiti energetici per il funzionamento. Il transistor è una delle parti attive cruciali.
I transistor sono una parte cruciale di quasi tutti i circuiti elettronici, inclusi quelli di amplificatori, interruttori, oscillatori, regolatori di tensione, alimentatori e, soprattutto, circuiti integrati logici digitali (CI).
Da quando è stato creato il primo transistor fino ad oggi, i transistor sono stati suddivisi in vari tipi in base al loro design o alla loro funzionalità. Una spiegazione di una classificazione di base di vari tipi di transistor è fornita nel seguente diagramma ad albero.
Figura di un albero di transistor
Osservando il suddetto diagramma ad albero, è semplice capire come vengono classificati i transistor. Esistono essenzialmente due tipi di transistor. I transistor a giunzione bipolare (BJT) e i transistor ad effetto di campo sono quello che sono. Ancora una volta, i BJT sono divisi in transistor NPN e PNP. JFET e MOSFET sono due tipi di transistor FET.
Diversi transistor
BJT e FET sono le due principali famiglie di transistor, come detto in precedenza, su scala più ampia. Ogni transistor ha una disposizione propria/specifica di vari materiali semiconduttori, indipendentemente dalla famiglia a cui appartiene. I materiali semiconduttori silicio, germanio e arseniuro di gallio sono spesso usati per realizzare transistor.
Fisicamente e strutturalmente, BJT e FET differiscono in quanto sono necessari solo portatori di carica di maggioranza per il funzionamento dei FET, mentre BJT richiede portatori di carica sia di maggioranza che di minoranza.
Transistor a ponte
Bipolar Junction Transistor è il nome comune dei transistor a giunzione. Bipolare significa che sia gli elettroni che le lacune sono necessari per condurre la corrente, e la giunzione denota la presenza della giunzione PN (due giunzioni, appunto). I terminali Emettitore (E), Base (B) e Collettore sono i tre terminali dei BJT (C). A seconda della loro costruzione, i transistor BJT sono divisi in transistor NPN e PNP.
Transistor NPN
Una delle due varietà di transistor a giunzione bipolare è NPN (BJT). I due componenti semiconduttori di tipo n che compongono il transistor NPN sono inseriti tra loro da un sottile strato di semiconduttore di tipo p. In questo caso, gli elettroni costituiscono la maggioranza dei portatori di carica mentre le lacune costituiscono la minoranza. Il flusso di corrente nel terminale di base regola il flusso di elettroni dall’emettitore al collettore.
Utilizzo di transistor basati su funzioni
Inoltre, vengono utilizzati diversi tipi di transistor per diverse operazioni o applicazioni. Di seguito è riportata una spiegazione dei vari tipi di transistor in base all’uso previsto.
Transistor a bassa tensione
L’uso principale dei transistor di piccolo segnale è quello di amplificare piccoli segnali, tuttavia possono anche essere utilizzati occasionalmente per la commutazione. I transistor NPN e PNP, due tipi di transistor di piccolo segnale, sono facilmente accessibili sul mercato. L’hFE di un piccolo transistor di segnale può tipicamente essere determinato da un valore stampato sul corpo del transistor.
Transistor elettrici
I transistor di potenza sono i transistor utilizzati negli amplificatori e negli alimentatori ad alta potenza. La base di un dispositivo metallico è collegata al terminale del collettore di questo transistor e questa disposizione funge da dissipatore di calore, dissipando potenza extra per le applicazioni.
Per questi tipi di transistor sono disponibili transistor NPN, PNP e Darlington. I valori di corrente del collettore vanno in questo caso da 1 a 100 A. Da 1 a 100 MHz è la gamma di frequenza operativa. Questi transistor hanno potenze nominali che vanno da 10 a 300 W. I transistor di potenza sono utilizzati in applicazioni che richiedono alta potenza, alta tensione e alta corrente, come suggerisce il nome del transistor stesso.
Transistor ad alta frequenza
Per piccoli segnali che operano ad alte frequenze e sono utilizzati in applicazioni di commutazione ad alta velocità, vengono utilizzati transistor ad alta frequenza. I transistor RF sono un altro nome per i transistor ad alta frequenza.
Transistor luminoso
I transistor sensibili alla luce sono noti come fototransistor poiché dipendono dalla luce per funzionare. Il terminale di base di un transistor bipolare viene sostituito con una regione sensibile alla luce per creare un fototransistor di base. I fototransistor hanno solo due terminali invece di tre (nei BJT). I transistor sono nello stato “OFF” quando non sono attraversati da corrente e l’area fotosensibile è scura.
Una piccola quantità di corrente si genera al terminale di base quando un’area fotosensibile è esposta alla luce, il che fa fluire una grande corrente dal collettore all’emettitore. Entrambi i tipi di transistor BJT e FET sono disponibili per i fototransistor. Foto-BJT e foto-FET sono i nomi dati a questi.
Transistor a giunzione universale (UJT)
I transistor Uni-Junction (UJT) sono impiegati esclusivamente come interruttori azionati elettricamente. A causa della loro architettura, questi transistor non hanno caratteristiche di amplificazione. In genere, questi hanno tre conduttori, due dei quali sono indicati come terminali di base e il terzo come emettitore.
Esaminiamo ora il funzionamento del transistor uni-giunzione. Una piccola quantità di corrente scorre tra B1 e B2 se non c’è differenza di potenziale tra l’emettitore e uno dei terminali di base (B1 o B2).
Se viene applicata una tensione sufficiente al terminale dell’emettitore, vi fluirà una corrente elevata che si combinerà con una piccola corrente tra B1 e B2 per creare una grande corrente che fluirà attraverso il transistor. Qui, la sorgente di corrente primaria per regolare la corrente totale nel transistor è la corrente di emettitore. A causa della corrente molto bassa che scorre tra i terminali B1 e B2, questi transistor non sono adatti per l’uso nell’amplificazione.