La parola transistor è la contrazione di transfer resistor(resistore di trasferimento). Questa terminologia, introdotta dai primi sperimentatori, tende a sottolineare come, in determinate condizioni di funzionamento, questo dispositivo si dimostri in grado di trasferire, sostanzialmente immutata, una variazione di corrente da una resistenza bassa ad un valore più elevato, ricavandone un’amplificazione di tensione.

Esistono due tipi di transistori, quelli bipolari e quelli ad effetto di campo.

Soffermiamoci sul BJT(bipolar junction transistor). L’aggettivo bipolare evidenzia un processo di conduzione che coinvolge contemporaneamente i portatori maggioritari e minoritari.

I primi BJT commercializzati nel 1951 erano dispositivi al germanio con serie limitazioni di impiego a causa della temperatura massima di lavoro relativamente bassa(75-90°C) .

Pochi anni più tardi furono introdotti i transistori al silicio(temperatura di funzionamento fino a 200°C) con il conseguente progressivo declino del germanio, oggi praticamente abbandonato dai costruttori. La rapida evoluzione delle tecniche costruttive ha portato alla produzione di migliaia di tipi di BJT per le più svariate applicazioni.

Si possono citare in particolare quelle riguardanti il trattamento dei segnali audio(hi-fi) dei segnali video, dei segnali a radio frequenza(vhf, uhf comunicazioni via satellite) e quelle legate all’elettronica industriale di potenza(sistemi di controllo, alimentazione)sempre più complessi.

Struttura e principio di funzionamento

Tre regioni adiacenti di semiconduttore drogate alternativamente di tipo p e di tipo n costituiscono, sotto certe condizioni, un transistore a giunzione bipolare.

Questa struttura è rappresentata in forma schematica in figura nelle due possibili versioni di BJT: pnp e npn,con i simboli grafici corrispondenti, i versi reali delle correnti e le tensioni più significative.

La parte centrale viene chiamata base e le due zone leterali emettitore e collettore. Il dispositivo presenta quindi due giunzioni, giunzione base-emettitore e base-collettore.

Due particolarità costruttive sono veramente essenziali per il funzionamento del BJT.

1) La regione di base deve essere molto sottile

2) La stessa regione deve essere poco drogata rispetto a quella di emettitore

Polarizzazione delle giunzioni

Il BJT può lavorare come dispositivo lineare(amplificatore di segnale) o come dispositivo a due stati on-off(interruttore elettronico).

Nel funzionamento lineare la corretta polarizzazione delle giunzioni prevede: giunzione base-emettitore polarizzata direttamente,giunzione base-collettore polarizzata inversamente.

Questo comporta una diminuzione della barriera di potenziale della giunzione base-emettitore e la nascita di una corrente di diffusione attraverso la giunzione; viene ostacolato invece il movimento dei portatori di maggioranza attraverso la giunzione base-collettore per l’innalzamento della barriera di potenziale causato dalla polarizzazione inversa.

Correnti nel transistore

In figura notiamo il processo di conduzione all’interno di un transistore npn evidenziando le varie componenti della corrente.

La polarizzazione diretta della giunzione base-emettitore dà luogo ad una corrente di diffusione, dovuta prevalentemente agli elettroni liberi che dall’emettitore si dirigono verso la base (Ine) e, in misura alquanto minore per il debole drogaggio della base, alle lacune che da B vanno verso(Ipe).

Giunti nella base, gli elettroni liberi hanno poca probabilità di ricombinarsi con le lacune presenti in numero relativamente e, vista la sottigliezza della regione, essi arrivano rapidamente nelle vicinanze della giunzione base-collettore , che attraversano sotto l’effetto del campo elettrico favorevole(Inc). Con Io si indica la corrente inversa di saturazione della giunzione base-collettore, dovuta ai portatori minoritari.