Corso di Elettronica per ragazzi – Puntata 33

Con questa puntata termina il Corso di Elettronica per ragazzi. Dedicheremo questo articolo al transistor utilizzato come interruttore, analizzando il suo funzionamento in saturazione e in interdizione. Inoltre, eseguiremo un'esercitazione teorica con un circuito in cui il transistor viene polarizzato per funzionare in saturazione.

Introduzione - Il transistor interruttore

I transistor bipolari a giunzione (noti anche come BJT) possono essere utilizzati come amplificatori, filtri, raddrizzatori, oscillatori o persino interruttori. Il transistor funzionerà come amplificatore o altro circuito lineare se polarizzato per funzionare nella zona attiva, mentre può essere utilizzato come interruttore se polarizzato per funzionare in saturazione o in interdizione. Poiché la corrente di collettore di un transistor è limitata proporzionalmente dalla sua corrente di base, può essere utilizzato come una sorta di interruttore controllato in corrente. Un flusso relativamente piccolo di elettroni inviato attraverso la base del transistor ha la capacità di esercitare il controllo su un flusso di elettroni molto più ampio attraverso il collettore. Di seguito, ecco un esempio di utilizzo di un BJT come interruttore. Supponiamo di avere una lampada che vogliamo accendere e spegnere con un interruttore. Un circuito del genere sarebbe estremamente semplice, come mostrato nella Figura 1a.

Figura 1: Interruttore tradizionale (a); interruttore con transistor NPN (b); interruttore con transistor PNP (c)

A titolo esemplificativo, inseriamo un transistor al posto dell'interruttore per mostrare come può controllare il flusso di corrente attraverso la lampada. Ricordiamo che la corrente controllata, attraversa un transistor tra il collettore e l'emettitore. Poiché è la corrente che attraversa la lampada che vogliamo controllare, dobbiamo posizionare il collettore e l'emettitore del transistor dove si trovavano i due contatti dell'interruttore. Dobbiamo anche assicurarci che la corrente della lampada scorra nella direzione indicata dalla freccia sull'emettitore per garantire che la polarizzazione della giunzione del transistor sia corretta, ad esempio, utilizzando un transistor NPN, come indicato nella Figura 1b.

Per questo scopo si sarebbe potuto anche scegliere un transistor PNP. La sua applicazione è mostrata nella Figura 1c. Si noti che in Figura 1b e in Figura 1c la polarità della tensione ai terminali della batteria è invertita per rispettare la corretta polarizzazione del transistor NPN e PNP.

La scelta tra NPN e PNP è in realtà arbitraria. Ciò che conta è che vengano mantenute le corrette direzioni della corrente per garantire una corretta polarizzazione della giunzione (flusso di corrente che segue la freccia del simbolo del transistor). Negli schemi di Figura 1b e 1c, la base di entrambi i BJT non è collegata, la giunzione base-emettitore non è polarizzata e quindi non scorre corrente attraverso la base. Di conseguenza, il transistor non può accendersi. Forse la cosa più semplice da fare sarebbe collegare un interruttore tra la base e il polo positivo della batteria tramite un resistore, come nella Figura 2a e Figura 2b.

Figura 2: (a)Transistor interdetto: lampada spenta; (b) Transistor saturo: lampada accesa

Saturazione e interdizione del transistor

Se l'interruttore è aperto come in Figura 2a, il filo di base del transistor rimarrà "fluttuante" (non collegato a nulla) e non sarà attraversato da corrente. In questo stato, il transistor si dice che è in interdizione. Se l'interruttore è chiuso, come in Figura 2b, la corrente potrà fluire dalla base all'emettitore del transistor attraverso il resistore e l'interruttore. Se la resistenza del resistore ha un valore tale da ottenere una corrente di base sufficientemente alta, ad esempio pari a 1/10 della corrente di collettore, questa corrente di base consentirà un flusso di corrente molto più grande dal collettore all'emettitore, accendendo così la lampada. In questo stato di massima corrente del circuito, il transistor si dice che è in saturazione.

Naturalmente, potrebbe sembrare inutile utilizzare un transistor con questa capacità per controllare la lampada. Un normale interruttore può svolgere questa funzione al posto di un transistor.

Allora perché utilizzare un transistor per controllare la corrente?

A questo proposito, si possono fare due considerazioni: quando utilizzati in questo modo, i contatti dell'interruttore devono gestire solo la piccola corrente di base necessaria per accendere il transistor; il transistor stesso gestisce la maggior parte della corrente della lampada. Questo può rappresentare un vantaggio importante se l'interruttore ha una bassa corrente nominale: un piccolo interruttore può essere utilizzato per controllare un carico di corrente relativamente elevato.

Ancora più importante, il comportamento del transistor nel controllo della corrente ci consente di utilizzare qualcosa di completamente diverso per accendere o spegnere la lampada. Si consideri la Figura 3, in cui una coppia di celle solari fornisce una tensione di 1 V per superare la tensione base-emettitore di 0,7 V del transistor, generando un flusso di corrente di base, che a sua volta controlla la lampada.

[...]

ATTENZIONE: quello che hai appena letto è solo un estratto, l'Articolo Tecnico completo è composto da ben 2371 parole ed è riservato agli ABBONATI. Con l'Abbonamento avrai anche accesso a tutti gli altri Articoli Tecnici che potrai leggere in formato PDF per un anno. ABBONATI ORA, è semplice e sicuro.