Come funziona questo circuito?

[rugweri]

Buonasera
Per Natale, mi sono regalato la nuova edizione di "The art of electronics" di Horowitz-Hill... devo dire che - nonostante io odi il metodo americano niente-teoria-tutto-approssimativo (ma proprio non gli piacciono le equazioni?) - lo sto trovando ottimo; tuttavia, ho un dubbio:

Nel corso del capitolo 2, dedicato ai BJT, viene proposto questo circuito:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Con:

-> Alimentazione a
-> Ingresso nella forma di un impulso
-> Resistenze e dimensionate sì da far saturare i transistor

Questo circuito viene spiegato in maniera relativamente veloce... ma io, amante delle complicazioni e delle "cose fatte bene", voglio andare più a fondo.
Viene scritto che il circuito funziona così:

Con ingresso a , il primo transistor è interdetto, quindi non c'è corrente di collettore; il secondo transistor è invece in saturazione, quindi tra la sua base e l'emettitore c'è la ben nota tensione di circa ; in questo stato, l'uscita è a .
Questo vuol dire che il condensatore ha ai capi una tensione di circa , che lo carica.
Appena l'ingresso diventa alto, il primo transistor va in saturazione, e dunque il condensatore si ritrova ai capi una ddp negativa di circa , che manda in interdizione il secondo transistor e dunque porta l'uscita a . La resistenza però "fa il pull-up" della base del transistor, quindi la tensione ai capi del condensatore decresce in modulo fino ad arrivare a (ovvero, al terminale comune tra condensatore e resistenza ), che "ri-attivano" il secondo transistor, mandandolo in saturazione e riportando l'uscita a .

E io, leggendo, ho rielaborato come segue, maturando il dubbio che evidenzio in rosso:

Con ingresso basso, base ed emettitore sono entrambi a massa e quindi la giunzione non è polarizzata; al collettore non c'è corrente, quindi nella resistenza non passa corrente, da cui segue che il condensatore è sostanzialmente connesso all'alimentazione. Dall'altro lato, la resistenza porta la tensione di base ai richiesti e fornisce una corrente tale da mandare in saturazione il transistor, per cui nel collettore entra una certa corrente (il cui valore dipende dalla caratteristica - non specificata nel testo - del transistor), che è poi quella che passa nella resistenza ; essendo in saturazione, la tensione è positiva ma bassa, per cui l'ingresso è posto a 0V (ma in realtà non è esattamente così). Dato tutto questo, da sinistra a destra il condensatore si trova ai capi una tensione di , da cui viene caricato. Nel testo, a quanto pare si suppone implicitamente che tale carica sia completa.

Appena l'ingresso diventa alto, il primo transistor satura, e quindi la tensione al suo collettore va (per quanto visto appena prima) ad un valore di poco superiore a 0 (qualche decimo di volt, suppongo). Questo vuol dire che il condensatore, precedentemente caricato, "manda" la tensione al suo terminale destro a , e dunque il secondo transistor va in interdizione: giunzione base-emettitore polarizzata inversamente, e quindi nessuna corrente di collettore o quasi e stessa cosa per la corrente di base, ovvero nessuna corrente in , e quindi uscita sostanzialmente connessa all'alimentazione. A questo punto succede una cosa che non ho capito, e la tensione sulla base viene riportata a : il transistor torna in saturazione e l'ingresso torna a .

Dunque, ecco il mio dubbio: che succede nel punto evidenziato? Magari è banale, ma davvero non sto capendo

[elfo]

la tensione sulla base viene riportata a +0.6V

con una costante di tempo R3C

[MarkyMark]

Credo che il passaggio che ti manca sia la fase di scarica del condensatore: La corrente scorre in e la tensione di base (riferita allo zero volt) del secondo transistor passa da a mezzo volt abbondante quindi il transistor si accende.

[rugweri]

Credo che il passaggio che ti manca sia la fase di scarica del condensatore: La corrente scorre in e la tensione di base (riferita allo zero volt) del secondo transistor passa da a mezzo volt abbondante quindi il transistor si accende.

Praticamente: la tensione ai capi del condensatore carico è circa , e dunque quando alla saturazione del primo transistor il suo terminale sinistro va a l'altro va a . A questo punto, dato che la corrente in scorre dall'alimentazione al terminale comune (convenzione degli utilizzatori) e può andare solo nel condensatore (dato che il transistor è interdetto), segue che il verso della corrente dentro il condensatore è opposto a quello della fase di carica, ovvero il condensatore si scarica per poi ricaricarsi con polarità opposte. Quando la tensione ai suoi capi raggiunge quella che ben sappiamo, il transistor va in saturazione. A questo punto il condensatore termina la sua carica, e ci ritroviamo con:

-> Tensione ai capi del condensatore positiva a destra, pari a circa
-> Entrambi i transistor saturati
-> Uscita bassa


Ho capito bene?

[Bernalma]

Salve a tutti.

Oltre a confermare tutto quello che ti hanno detto elfo e Marky Mark, c'è anche un altro aspetto interessante di questo circuito (se così si può dire).
Se la durata dell'impulso di ingresso fosse inferiore al tempo che impiega C a scaricarsi con R3, l'impulso di uscita avrebbe quasi la stessa durata di quello di ingresso, mentre se fosse molto più lungo o tendente all'infinito, quello di uscita avrebbe comunque una durata massima oltre la quale si interrompe ed è esattamente il tempo di scarica di C con R3.
Non è una grande caratteristica, ma potrebbe essere utile per certe applicazioni.

[MarkyMark]

Ho capito bene?

p.s. Bel libro! Appena ho un po' di money me lo prendo anch'io.

[rugweri]

Lo sapevo che era banale Avevo trascurato il verso delle correnti...

Grazie mille

p.s. Bel libro! Appena ho un po' di money me lo prendo anch'io.

Ho letto ancora solo una settantina di pagine, ma già sento di potertelo consigliare: se riesci a sopportare l'approccio "magico" tipico dei testi americani (o se comunque conosci già la fisica che sta dietro i dispositivi proposti e sei in grado di analizzare i circuiti da te, come io sto provando a fare), senz'altro apprezzerai il suo stile leggero e la logica estremamente lineare con cui viene sviluppata la trattazione.

[IsidoroKZ]

Qualche notazione. La massa, come diceva il mio prof di elettronica, e` un'altra cosa, quello si chiama riferimento. Seconda cosa lascia perdere la convenzione dei generatori o degli utilizzatori: se su un lato di una resistenza hai un potenziale maggiore dell'altro lato, la corrente scorre dal positivo al negativo. Non e` una convenzione e` un fatto fisico che le cose rotolano verso il basso .

Infine quando devi analizzare dei circuiti, semplificali. Ad esempio nel caso in questione il circuito, immediatamente dopo la saturazione del primo transistor e` il seguente

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

e puoi calcolare facilmente la corrente iniziale che passa attraverso R3 e che "carica" il condensatore . Questa corrente non rimane costante, dato che la tensione sull'armatura destra del condesatore sale e quindi la corrente diminuisce.

Dovresti sapere che in un circuito con una sola costante di tempo, tutte le forme d'onda evolvono in modo esponenziale, sempre con la stessa espressione che coinvolge valore iniziale, valore finale e costante di tempo. La tensione ai capi del condensatore nel dominio del tempo vale dove la costante di tempo e` data da e la tensione sul condensatore aumenta finche' il secondo transistore si accende.

Non direi che prima il condensatore si scarica e poi si ricarica: e` solo un modo di complicarsi la vita. La tensione ai capi del condensatore parte da -4.4V e tende esponenzialmente a 5V. Che passi per 0V o no non interessa a nessuno. Quello che interessa e` il momento in cui la tensione sul condensatore arriva dalle parti di mezzo volt, perche' a questo punto il transistore T2 comincia a condurre in modo significativo (assumendo per R4 un valore ragionevole).

[rugweri]

Seconda cosa lascia perdere la convenzione dei generatori o degli utilizzatori: se su un lato di una resistenza hai un potenziale maggiore dell'altro lato, la corrente scorre dal positivo al negativo. Non e` una convenzione e` un fatto fisico che le cose rotolano verso il basso .

Lo so (tra l'altro, è un'evidenza insita nella definizione stessa di potenziale) ... ma "dovevo" specificare, visto che non di rado mi capita di affrontare apparenti divergenze che in realtà sono dovute solo al fatto che molti (supportati anche da certi libri di testo) considerano le correnti al contrario.

Infine quando devi analizzare dei circuiti, semplificali.

Si, questo dovrei davvero imparare a farlo sistematicamente

Non direi che prima il condensatore si scarica e poi si ricarica: e` solo un modo di complicarsi la vita.

Cercavo di esprimere il fatto che la polarità degli elettrodi va ad invertirsi... ma come ieri mi ha già fatto notare un altro utente, non opero una scelta di parole molto felice a volte