Reti di polarizzazione BJT

[TardoFreak]

Anche io sto scherzando, altrimenti non ti avrei risposto con i proverbi.

[LucaJk]

Povero aeroxr1 , qua tra tutti questi professori si rischia di confonderti più di prima. [ Sì scherza eh! ]

Provo a tornare In Topic e venirti in aiuto da povero studente che sono e quindi collega, forse solo un po' più navigato.
Cerco di essere il più pragmatico possibile descrivendo separatamente due concetti correlati:
La polarizzazione del BJT, e l'utilizzo del BJT.
1)Polarizzazione
Polarizzare un diodo vuol dire imporre una tensione ai suoi capi in modo da "accenderlo"/"spegnerlo".
Il BJT però ha tre terminali, quindi le tensioni da imporre sono 2, quella base-emettitore e quella base-collettore.
Così come un diodo, ogni giunzione può essere polarizzata direttamente o inversamente, si hanno quindi quattro "combinazioni" che corrispondono alle regioni di funzionamento (attiva diretta, saturazione, interdizione, attiva inversa).
Polarizzare un BJT vuol dire, in termini più pratici, proprio imporre la Vbe e la Vbc necessarie a far funzionare stabilmente il BJT in una determinata regione di funzionamento, o più precisamente, in un preciso punto della caratteristica [Ic,Vce].
Questo viene fatto inserendo il BJT in un circuito esterno che viene chiamato per l'appunto rete di polarizzazione, e in linea di principio può essere di qualsiasi tipo.
L'utilizzo di una rete che renda questo punto di lavoro indipendente da fattori poco controllabili come la temperatura e i parametri fisici determinati dal processo tecnologico è un passo successivo per una "buona polarizzazione" ed è necessario nella maggior parte dei casi (ma non in tutti e il transistore funziona lo stesso :P ).

Come ti è già stato detto,il modello matematico (insomma, le equazioni da utilizzare) è determinato dalla regione di funzionamento e non dalla configurazione (es. emettitore comune, base comune, collettore comune)
Quelle equazioni infatti sono dei "casi particolari" del modello di Ebers-Moll, che comprende tutte le regioni di funzionamento.
Tieni conto comunque che il modello di Ebers-Moll, in quanto modello matematico di un dispositivo fisico, è anch'esso un'approssimazione valida sotto determinate assunzioni/ipotesi che partono dalla fisica del dispositivo. E il modello di Ebers-Moll è comunque una versione semplificata del più completo modello di Gummel-Poon (che è quello che utilizza SPICE per simulare).

2)Utilizzo del BJT
Su un qualsiasi testo troverai un riepilogo delle varie regioni di funzionamento e del loro utilizzo.
Tu stai studiando elettronica digitale e qui si parla di piccoli segnali, ci credo che sei confuso!

Faccio degli esempio spicciolo :
In digitale si ha bisogno di avere interruttori aperti/chiusi.
Queste due cose le riesci ad implementare con un BJT in interdizione/saturazione.
Questo è un comportamento palesemente non lineare, e c'è un segnale in ingresso al BJT che ne fa variare non solo il punto di lavoro ma addirittura la regione di funzionamento.
Quando l'ingreso fa spostare lungo la caratteristica il punto di lavoro del dispositivo si parla di comportamento ad ampi segnali.

Il modello a piccolo segnale è invece un modello linearizzato intorno al punto di lavoro "Q".
Il principio è quello che il segnale in ingresso perturbi poco il punto Q in modo che tutte le correnti e tensioni oscillino intorno alla condizione di riposo (graficamente il punto si sposta in un intervallo della curva approssimabile con la tangente in quel punto). Questa cosa è particolarmente utile nel modellare amplificatori lineari sfruttando la regione attiva del transistore.
Quindi il modello a piccolo segnale non è altro che il funzionamento in "un intorno" del modello ad ampi segnali.

In regione attiva (sia diretta, che inversa) il BJT si comporta da generatore di corrente pilotato, e questa cosa può venire sfruttata per utilizzarlo come generatore di corrente in sè (ti sono stati citati gli specchi di corrente) o per l'appunto come amplificatore.
La regione attiva inversa però ha delle prestazioni scarse (il transistor viene creato asimmetrico nei drogaggi proprio per migliorarne le prestazioni "in un determinato verso" , utilizzandolo "al contrario" funziona male) e per questo non viene quasi mai utilizzata (però, ad esempio, trova applicazione nello stadio d'ingresso della TTL che credo studierai).

Una volta polarizzato il transistor in DC in regione di attiva diretta, sorge il problema di dove applicare il segnale di ingresso e di uscita per utilizzarlo da amplificatore.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Quello a sinistra è il modello ad ampi segnali di un NPN particolarizzato per la regione attiva diretta, ricavato da quello di Ebers-Moll (o meglio, dal suo equivalente detto "modello del trasporto").
Quello a destra è il classico modello linearizzato a piccolo segnale.

In entrambi i casi si nota una cosa: il generatore di corrente è pilotato dall'ingresso (e in particolare dalla Vbe).
Da questa considerazione forse si vede più chiaramente perché non ha senso, perlomeno finché ci si riferisce a questi modelli applicare un segnale sul collettore: in assenza di una Vbe che piloti il generatore di uscita questo sarà imperituramente spento e qualsiasi forzamento di qualsiasi tipo in uscita non produrrebbe variazioni sull'ingresso.
Per variare la Vbe invece si può benissimo applicare il segnale sulla base tenendo costante il potenziale sull'emettitore (prelevando l'uscita sul collettore nel caso dell'emettitore comune, e sull'emettitore nel caso del collettore comune) oppure tenere la base a potenziale costante e applicare il segnale sull'emettitore (nel caso della base comune).

In realtà andrebbero considerati altri effetti non ideali che non sono stati inclusi in quei modelli, ma in un primo momento possono benissimo essere trascurati e metterli in mezzo ora ti complicherebbe solo le cose.

Spero di esserti stato utile e di non esser stato troppo prolisso o aver scritto cose troppo scontate (e soprattutto di non essermi fatto sfuggire qualche fesseria).

[IsidoroKZ]

Toh, un quasi collega di TardoFreak

Non sono cosi` sicuro che l'OP, anche se fa Elettronica Digitale, si riferisse al transistore usato come interruttore. E` possibile che nei corsi di ingegneria informatica ci sia un solo esame di elettronica circuitale che viene chiamata Elettronica Digitale, ma che in realta` comprende anche una parte di analogica, magari in parte ereditata dal precedente corso di dispositivi. La domanda sembrava proprio indirizzata al transitore usato in linearita`.

Per questa ragione non mi piace molto presentare la polarizzazione come imposizione delle tensioni sulle giunzioni del transistore. Oltre che non mettere in evidenza i problemi di ripetibilita`, che hai anche tu messo in evidenza, da` l'impressione che sul transistore si debbano collegare direttamente dei generatori di tensione, delle batterie, per farlo funzionare.

Mi e` piaciuta la tua presentazione dell'uso dei transistori in linearita`.

Infine credo che fra tutti gli intervenuti solo uno, anzi uan, sia un insegnante

[obiuan]

Infine credo che fra tutti gli intervenuti solo uno, anzi uan, sia un insegnante

nono, come ho scritto nel profilo, ho ripreso quest'anno a fare anche l'insegnante, qualche ora la settimana, più per passione che per altro, ma non è certo il mio mestiere né vorrei mai lo fosse.

Per quanto riguarda il topic, uno dei voti positivi è il mio, buon lavoro :)

[LucaJk]

Toh, un quasi collega di TardoFreak

Oddio, non capendo ho cliccato sul suo profilo, e vi giuro che non l'ho copiato né gli voglio rubare il lavoro

Comunque per me "professore" non è un'offesa ma un complimento, a prescindere dagli equivoci

Per il resto sono d'accordo sul come sia meno elegante e rigorosa la mia presentazione della polarizzazione e non intendevo di certo "sostituirla" a quelle già presentate (tra l'altro sul Sedra-Smith c'ho studiato anch'io :) ), ma mi sono messo nei panni dell'OP e ho pensato all'approccio più "praticone" possibile senza però perdere troppo di rigorosità.

Certo conoscendo il programma del suo corso sarebbe più semplice indirizzare e sintetizzare le risposte.

[aeroxr1]

Povero aeroxr1 , qua tra tutti questi professori si rischia di confonderti più di prima. [ Sì scherza eh! ]

Grazie per la spiegazione iper dettagliata ! sei stato super gentile :) Grazie davvero :)
Me la sono salvata su un file di testo in maniera da leggermela tutta con calma dopo averla stampata

Per il discorso delle resistenza del partitore e di Re io ho la quinta edizione del sedra e nel capitolo 5.5 ho il biasing in BJT amplifier circuit , ma li le resistenze sono già state inserite senza che siano state spiegate . Allora forse le spiega più tardi ;)

[IsidoroKZ]

Ho data una occhiata e mi pare siano spiegate. Piu` o meno l'idea e` questa: con un partitore ricavo una tensione circa costante, a cui collego la base del transistor. Perche' la tensione data dal partitore sia costante si scelgono R1 e R2 in modo che la loro corrente sia fra IE e IE/10 (fine del penultimo paragrafo).

Se la tensione di base e` costante, allora anche quella di emettitore e` circa costante, una VBE piu` bassa. Se hai una tensione circa costante applicata sulla resistenza RE, la corrente che la attraversa e` anche lei circa costante.
Le condizioni di costanza sono nelle equazioni 5.71 e 5.72.

Il partitore deve generare una tensione di circa Vcc/3 (io la prendo anche piu` bassa)... mi pare ci sia scritto tutto nel libro.

[aeroxr1]

@IsidoroKZ si si infatti devono essere spiegate nel 5.7 , stavo dando un occhiata più in là veloce :) Intanto mi riassumo il 5.5

ot : Il sedra te dove lo hai comprato se posso chiederti ? :) Amazon ?

[IsidoroKZ]

Stati Uniti, ma me lo avevano regalato, sia la quinta che la sesta edizione :). la sesta e` anche tradotta in italiano.

[aeroxr1]

Lo trovassi tradotto in italiano sarebbe una manna dal cielo.. Ora guardo se qualche negozio lo ha , io per ora ho trovato solo la quarta tradotta in italiano :/
fine ot