dubbi sui transistor

[Aster]

DISCLAIMER: non sono uno studente di nessun tipo di ingegneria, sono semplicemnte un ragazzo appassionato di elettronica

Salve a tutti come potete leggere sopra sono semplicemente un curioso che fin ora si è concentrato più sulla parte software ("programmo" avr e stm32) e vorrei capirne di più di hardware senza scendere troppo nello specifico (vorrei evitare di leggere libri e prendermi un'altra laurea ). Ho sempre avuto dubbi su questo misterioso componente che per voi è così semplicemente utilizzabile ma per me no infatti sono sempre costretto a chiedere aiuto ad altre persone.

Non vi chiedo risposte particolarmente articolate, semplicemente come spieghereste le cose a una persona intelligente ma senza troppe basi di elettronica; scriverò le domande a punti in modo che se non avete tempo/ è troppo complesso / non si capisce cosa chiedo / inutile soffermarsi / o altro potrete rispondere solo a uno o più punti

Innanzitutto vorrei ringraziare chiunque risponderà

1) un concetto che mi ha sempre confuso: io so perfettamente che veramente gli elettroni scorrono in maniera esattamente differente rispetto al flusso convenzionale (dannato volta ), questo è importante o posso sorvolare?

2) Collettore (C) , Base (B) ed Emettitore (E). si può dire che il flusso va da C a E e io tramite B "regolo" il passaggio?

3) so che esistono essenzialmente due tipi di transistor npn e pnp, per come ho capito la differenza (sorvolando su come internamente sono disposti i semiconduttori) il tipo-n fa passare la corrente quando la B è > della "soglia di attivazione" mentre il tipo-p al contrario, cioè la corrente passa sempre ma quando io metto una tensione sufficiente sulla B il circuito si apre

4) credo che entrambi i tipi possano essere posti sia in high side (fra vcc e componente) che in low side (fra componente e ground), c è qualche differenza rilevante in questo o è come per le resistenze?

5) tutti i transistor sono a giunzione bipolare (BJT)? e che cosa significa esattamente?

6) i darlinton sono "semplicemente" due transistor appaiti in modo che con un solo ic si abbia un guadagno più elevato?

7) la nomenclatura mi confonde notevolmente quali sono le differenze fra transistor, fet, mosfet, e tutti gli altri termini simili che vengono utilizzati in questo campo?
ho provato a leggere questo ma non mi ha chiarito particolarmente le idee

8) credo che il doping non sia importante per le mie conoscenze

9) i campi di applicazione per quanto ne so io riguardano: interruttori, amplificatori e oscillatori, ci sono altre cose importanti?

10) leggere un datasheet: quali sono i valori che devo attenzionare? non credo che voi lo leggete tutto ma piuttosto sapete cosa dovete cercare e il vostro occhio va subito lì...
questo è un esempio per il 2n2222a (consigliato da un mio amico in base a caratteristiche che spero di poter capire da solo quando mi risponderete)
credo che i valori che mi servono siano "soglia di attivazione" per attivarlo, "corrente massima alla Base" per non distruggerlo, "tensione massimo" per capire la tensione massima che può sopportare da C, "corrente massima" idem, altro?

Beh grazie mille a chiunque sia arrivato a leggere tutto e gradirei tantissimo anche una risposta/conferma a uno qualsiasi dei punti, mi leverebbe tantissimi dubbi

[Piercarlo]

Tutto sbagliato, tutto da rifare! Mi spiace darti una brutta notizia ma per capire i transistori, anche "alla buona", le definizioni che hai dato sono troppo semplicistiche: anche senza pretendere di divenire ingegneri, l'argomento transistori è uno di quelli che va mangiato per intero senza sconti, altrimenti non si arriva a capo di niente e ci si fanno solo idee sbagliate. Non ci sono vere scorciatoie purtroppo...

[rugweri]

Te l'ha già detto Piercarlo, ma io voglio ribadirlo: tutti gli argomenti (i transistor non fanno eccezione, anzi sono un caso notevolissimo) vanno studiati bene e completamente, perché altrimenti il massimo risultato ottenibile è una pericolosa illusione di sapere, la quale è alla base della presunzione e degli errori.
Giusto per capirci, rispondo velocemente ad un paio di tue domande:

2) Collettore (C) , Base (B) ed Emettitore (E). si può dire che il flusso va da C a E e io tramite B "regolo" il passaggio?

Non sempre: il transistor ha più "zone" di funzionamento.

4) credo che entrambi i tipi possano essere posti sia in high side (fra vcc e componente) che in low side (fra componente e ground), c è qualche differenza rilevante in questo o è come per le resistenze?

Un transistor puoi metterlo dove vuoi... il risultato è un altro paio di maniche

5) tutti i transistor sono a giunzione bipolare (BJT)? e che cosa significa esattamente?

No, esistono anche i transistor ad effetto di campo, come ad esempio i MOSFET, i JFET, i MESFET... e poi ci sono altri dispositivi ancora come gli IGBT, gli UJT...

8) credo che il doping non sia importante per le mie conoscenze

...E se ti dicessi che senza doping non esisterebbero i transistor?

10) leggere un datasheet: quali sono i valori che devo attenzionare? non credo che voi lo leggete tutto ma piuttosto sapete cosa dovete cercare e il vostro occhio va subito lì...
questo è un esempio per il 2n2222a (consigliato da un mio amico in base a caratteristiche che spero di poter capire da solo quando mi risponderete)
credo che i valori che mi servono siano "soglia di attivazione" per attivarlo, "corrente massima alla Base" per non distruggerlo, "tensione massimo" per capire la tensione massima che può sopportare da C, "corrente massima" idem, altro?

Puoi leggere al meglio un datasheet solo se conosci la fisica del dispositivo: i parametri lì riportati sono di fatto le sue caratteristiche fisiche.
Ora, non ti si chiede di conoscere la fisica dello stato solido (persino a noi di ingegneria informatica ed elettronica vengono date solo basi meno che minime - ad elettronica si fa un po' di più, in realtà: noi informatici sotto questo punto di vista siamo vergognosamente trascurati, tant'è che io ho fatto da autodidatta), ma è inevitabile dover sapere almeno per sommi capi come operano i dispositivi che si desidera usare.

[IsidoroKZ]

Il livello di approfondimento necessario dipende da che cosa uno vuole fare. Se si vuole solo avere una idea "stile storiella" non troppo in contrasto con la realta`, secondo me qualcosa si puo` dire.

E` una forma di "divulgazione", ci sono quelli bravi a farla, quelli che confondono le idee, ma qualcosa si puo` dire. Basta non pensare che quella sia la realta` assoluta.

1) In tutta l'elettrotecnica e nell'elettronica circuitale si puo` benissimo fare a meno di pensare agli elettroni e alle lacune, anzi e` meglio lasciarli stare. Ovviamente nell'elettronica dispositivistica questo non si puo` fare, neanche all'inizio. Se uno sa che che cosa sono e come si comportano elettroni e lacune ha dei vantaggi in piu` per capire e ricordare le differenze di prestazioni ad esempio dei pmos e degli nmos.

2) La corrente "grande" circola fra C ed E (oppure fra D e S nei MOS) e la base (o il gate) e` il rubinetto che controlla quanta corrente fa passare il transistore.

3) Secondo me stai facendo confusione fra bipolari e MOS, e anche fra MOS a canale indotto e a canale preformato (oppure fra MOS n e MOS p). Qui o ci si ricorda una enorme tabella con tutti i casi possibili, oppure si sa come funziona dentro il circuito e la tabella non la si deve piu` memorizzare ma la si conosce perche' si sanno i principi fisici.

Il caso piu` comune che si ritrova un microcontrollorista e` il transistore MOS di tipo n, "a canale indotto". In questi MOS la corrente passa dal drain a source solo quando la tensione di gate e` abbastanza positiva rispetto al source (maggiore della tensione di soglia). Piu` grande e` la tensione gate-source oltre la soglia, piu` il "rubinetto" e` aperto.

Caso subito meno comune e` il MOS di tipo p, sempre a canale indotto. Qui la corrente scorre da source a drain, quando il gate e` abbastanza piu` negativo del source, in modo da essere piu` negativa della tensione di soglia che nel pmos e` negativa.
In ogni caso il MOS a canale indotto (quasi tutti), si accendono e spengono comandanto la tensione gate-source.

4) vedi la risposta di rugweri, il transistor non sa dove e` messo, e` sempre un transistore. A seconda di dove e` messo e` piu` o meno facile pilotarlo, perche' quella che conta e` sempre la tensione gate-source.

5) Non volendo addentrarti nei dettagli (che sono complicati), ci sono transistori a giunzione (BJT) sempre meno usati, e transistori a effetto di campo (famiglia dei FET, MOS, mesfet, mis...). Poi ci sono dispositivi misti che usano sia l'effetto di campo che le giunzioni. Purtroppo oltre questo punto ci sono i leoni (oppure e` necessario studiare un po' di roba).

6) I Darlington sono due transistori bipolari collegati in modo opportuno, cosi` da avere un guadagno in corrente molto elevato, circa il prodotto dei due guadagni di corrente. Ovviamente questo vantaggio e` associato a svantaggi, tipo tempo di spegnimento, tensione base-emettitore di accensione... La coppia Darlington non e` la sola ad avere questi vantaggi, c'e` ad esempio anche la coppia CFP o Sziklai.

7) La differenza fra bipolari e effetto di campo non e` facile da spiegare senza un po' di stato solido o almeno una idea della costruzione dei vari dispositivi. Nel BJT, per convincere le cariche a lasciare l'emettitore e a raggiungere il collettore, si mettono delle cariche di segno opposto sulla base, che attirano le cariche dall'emettitore. Quando le cariche che hanno lasciato l'emettitore arrivano in base, vedono che nel collettore si sta meglio e continuano la loro corsa. Sfortunatamente le cariche di segno opposto messe in base vengono travolte dalla mandria di cariche partite dall'emettitore e bisogna ripristinarle, altrimenti il transistore si spegne. E` quini necessario fornire sempre altre cariche alla base, e quindi serve una corrente i base.
Nei transistori a effetto i campo, per preparare la strada fra source e drain, ci vogliono sempre delle cariche di segno opposto a quelle del source, ma questa volta le cariche sono diventate astute: al posto di mettersi in mezzo, facendosi travolgere, vengono messe sul gate, che e` "di lato" rispetto al passaggio delle cariche, e qualche volta sono anche isolate da dove passano le cariche da source a drain. In questo modo non vengono travolte e non si deve continuare a iniettare nuove cariche. In entrambi i casi si ha un rubinetto che viene comandato dalla carica iniettata.

8) No, non serve a nulla sapere che cosa e` il drogaggio, perche' viene fatto in un certo modo. La conseguenza e` che diventa piu` difficile memorizzare il comportamento e le prestazioni dei dispositivi, ad esempio perche' ad alta tensione in guadagno di un bipolare e` basso e la resistenza di un MOS e` elevata.

9) Forse si possono ridurre a due i modi di utilizzo di un transistore (qualunque). Come interruttore oppure come amplificatore. Gli oscillatori usano il transistore come amplificatore. Una volta avevo seguito un corso che si chiamava "Interruttori e Amplificatori", e una mia amica per prendermi in giro mi diceva che la seconda parte sarebbe stata "Casse acustiche e abat-jour".

10) Se parli di transistori bipolari, tutti i transistori bipolari piccoli a bassa frequenza sono uguali, diceva il mio prof di elettronnica. Direi che con l'elettronica raccontata in modo anedottico, di un data sheet si possa solo guardare la sigla (e forse neanche quella). Per leggere gli altri dati e usarli in modo ragionevole bisogna andare oltro questo livello di conoscenza. Si legge un data sheet quando si fa un progetto, e questo e` demandato agli ingegneri o alle persone con una debita conoscenza dell'elettronica. Niente pasti gratis e neanche una via regia per l'elettronica. Con le spiegazioni ad usum delphini non si va da nessuna parte.

E a questo punto saro` radiato da EY per manifesta indegnita`.

[BrunoValente]

Provo a darti qualche dritta, non a spiegarti i transistor, per quello, come già ti hanno detto, occorre studiarli davvero.

1) un concetto che mi ha sempre confuso: io so perfettamente che veramente gli elettroni scorrono in maniera esattamente differente rispetto al flusso convenzionale (dannato volta ), questo è importante o posso sorvolare?

No se vuoi solo capire il funzionamento guardando come si comporta dall'esterno, cioè se non vuoi addentrarti a capire come funziona dentro dal punto di vista fisico.

Per utilizzarlo correttamente nei circuiti non occorre sapere la fisica dei semiconduttori.

2) Collettore (C) , Base (B) ed Emettitore (E). si può dire che il flusso va da C a E e io tramite B "regolo" il passaggio?

Si ma il flusso (convenzionale) va da C a E solo negli NPN, nei PNP invece va da E a C.

Devi far conto come se in serie all'emettitore ci sia un diodo orientato con la punta uscente negli NPN e entrante nei PNP, quindi il flusso non è bidirezionale, non si comporta come una resistenza, ma, grooooosso modo, come una resistenza il cui valore dipende dalla corrente che entra in base e con in serie un diodo.

3) so che esistono essenzialmente due tipi di transistor npn e pnp, per come ho capito la differenza (sorvolando su come internamente sono disposti i semiconduttori) il tipo-n fa passare la corrente quando la B è > della "soglia di attivazione" mentre il tipo-p al contrario, cioè la corrente passa sempre ma quando io metto una tensione sufficiente sulla B il circuito si apre

L'hai detta male, forse l'hai anche capita male.

Intanto va chiarito che ai fini del controllo della corrente che scorre tra C ed E quello che conta non è la tensione a cui è sottoposta la base ma la differenza di potenziale a cui è sottoposta la giunzione BE.

Tanto per intenderci: se la base si trova a 2V rispetto al riferimento del circuito e l'emettitore si trova a 1.4V sempre rispetto al riferimento del circuito, allora la tensione che sta agendo sul comando del transistor è di 0.6V (2V-1.4V=0.6V) con la base positiva rispetto all'emettitore, quindi, se è un NPN, in queste condizioni sta conducendo corrente tra C ed E perché grosso modo 0.6V è la soglia di conduzione (silicio).

Se la tensione della base fosse stata di 50V e quella di emettitore di 49.4V il transistor, per quanto riguarda il controllo, si sarebbe comportato identicamente, lui non è in grado di capire a che valore di tensione sono i suoi piedini ma è in grado di capire solo quanto vale la differenza di potenziale tra i suoi piedini.

Così, se la massima tensione tra C ed E sopportabile da un 2N2222 è di 30V puoi anche farlo lavorare con una tensione di 1000V al collettore, a patto che quella di emettitore non scenda mai sotto 970V.

Quindi un transistor inizia a condurre se la differenza di potenziale tra base ed emettitore, grosso modo, raggiunge 0.6V, negli NPN con la base positiva rispetto all'emettitore, nei PNP con la base negativa rispetto all'emettitore.

4) credo che entrambi i tipi possano essere posti sia in high side (fra vcc e componente) che in low side (fra componente e ground), c è qualche differenza rilevante in questo o è come per le resistenze?

Non è come le resistenze, devi tener conto del diodo in serie all'emettitore che deve trovarsi orientato correttamente ed inoltre devi anche considerare che la tensione di controllo, quella che va applicata tra base ed emettitore, a seconda dei casi può trovarsi con il meno in comune al meno del circuito oppure no...e le cose possono complicarsi per comandarlo correttamente.

5) tutti i transistor sono a giunzione bipolare (BJT)? e che cosa significa esattamente?

Quelli di cui stiamo parlando, a cui appartiene il 2N2222 per intenderci, sono bipolari, ma ve ne sono altri tipi che funzionano diversamente, quindi quello che ti sto dicendo riguarda solo i bipolari, non i fet i mosfet ecc.

6) i darlinton sono "semplicemente" due transistor appaiti in modo che con un solo ic si abbia un guadagno più elevato?

Sì

7) la nomenclatura mi confonde notevolmente quali sono le differenze fra transistor, fet, mosfet, e tutti gli altri termini simili che vengono utilizzati in questo campo?

Grosso modo hanno tutti tre piedini di cui una coppia va collegata al circuito di comando e un'altra coppia al circuito comandato, quindi con un piedino in comune, ma sono diverse le caratteristiche e le grandezze in gioco: ad esempio il circuito di comando vede un diodo quando è collegato alla giunzione B-E di un bipolare, invece vede un circuito aperto quando è collegato alla coppia di piedini gate-source di un fet o di un mosfet, che sono i corrispondenti a B ed E dei bipolari.

8) credo che il doping non sia importante per le mie conoscenze

l'aspetto fisico no

9) i campi di applicazione per quanto ne so io riguardano: interruttori, amplificatori e oscillatori, ci sono altre cose importanti?

Ora non me ne vengono in mente.

10) leggere un datasheet: quali sono i valori che devo attenzionare? non credo che voi lo leggete tutto ma piuttosto sapete cosa dovete cercare e il vostro occhio va subito lì...
questo è un esempio per il 2n2222a (consigliato da un mio amico in base a caratteristiche che spero di poter capire da solo quando mi risponderete)
credo che i valori che mi servono siano "soglia di attivazione" per attivarlo, "corrente massima alla Base" per non distruggerlo, "tensione massimo" per capire la tensione massima che può sopportare da C, "corrente massima" idem, altro?

La soglia di attivazione non ti interessa, è sempre grosso modo di 0.6V, oltre alle cose che hai elencato è importante il guadagno del quale bisogna tenere conto, o meglio bisogna tener conto del valore minimo che può assumere ma comunque dipende molto dall'applicazione, non si può dare una regola generale.

Il guadagno è una grandezza molto ballerina, varia tanto con la temperatura e anche tra esemplari dello stesso tipo vi sono enormi differenze, quindi nel datasheet è dichiarato il valore minimo che può assumere in varie condizioni di utilizzo (linearità, saturazione ecc.) e a seconda dell'applicazione occorre sapere di quale bisogna tener conto per dimesionare correttamente gli altri componenti in modo che alla fine il funzionamento del circuito risenta il meno possibile delle variazioni che il guadagno può subire a causa di una variazione di temperatura o per la sostituzione del transistor dopo una rottura.

[MarcoD]

Mi è piaciuta molto la spiegazione di IsidoroKZ ,
Io che sono sempre stato a un pelo dal memorizzare il funzionamento fisico del transistor dopo averlo quasi capito, ora lo comprendo meglio.
La ricopio e la ridiffondo:

La differenza fra bipolari e effetto di campo non e` facile da spiegare senza un po' di stato solido o almeno una idea della costruzione dei vari dispositivi. Nel BJT, per convincere le cariche a lasciare l'emettitore e a raggiungere il collettore, si mettono delle cariche di segno opposto sulla base, che attirano le cariche dall'emettitore. Quando le cariche che hanno lasciato l'emettitore arrivano in base, vedono che nel collettore si sta meglio e continuano la loro corsa. Sfortunatamente le cariche di segno opposto messe in base vengono travolte dalla mandria di cariche partite dall'emettitore e bisogna ripristinarle, altrimenti il transistore si spegne. E` quini necessario fornire sempre altre cariche alla base, e quindi serve una corrente i base.
Nei transistori a effetto i campo, per preparare la strada fra source e drain, ci vogliono sempre delle cariche di segno opposto a quelle del source, ma questa volta le cariche sono diventate astute: al posto di mettersi in mezzo, facendosi travolgere, vengono messe sul gate, che e` "di lato" rispetto al passaggio delle cariche, e qualche volta sono anche isolate da dove passano le cariche da source a drain. In questo modo non vengono travolte e non si deve continuare a iniettare nuove cariche. In entrambi i casi si ha un rubinetto che viene comandato dalla carica iniettata.

[BrunoValente]

Mi è piaciuta molto la spiegazione di IsidoroKZ...

Questa me l'ero persa, ha fatto fare anche a me un passetto in avanti verso una maggiore confidenza con il funzionamento fisico.

Il gattone riesce sempre a sorprendermi

[BrunoValente]

E non mi sono neanche accorto che mi ha preceduto con il suo intervento.

[Piercarlo]

Aggiungo una nota a quanto detto dal gattone: e cioè che quando metti le cariche "di lato" hai sì il vantaggio di evitare che vengano travolte ma anche lo svantaggio che la loro azione è meno efficace, da qui la transconduttanza molto minore dei FET rispetto a quella dei transistor bipolari. Insomma, in un modo o nell'altro dalla cassa ci passi sempre!

[claudiocedrone]

7) ...la nomenclatura mi confonde notevolmente quali sono le differenze fra transistor, fet, mosfet, e tutti gli altri termini simili che vengono utilizzati in questo campo?...

fet, mosfet, BJT, UJT, IGBT etc. sono acronimi di cui l'ultima lettera, la "T", significa sempre transistor;
magari sarà prematuro e non vorrei mai mettere troppa carne al fuoco, tuttavia date le poche idee ben confuse di Aster non ritengo gli possa far male leggere questo articolo in cui c'è un esempio pratico della applicazione dei transistor come amplificatore... e altro.
P.s. Riguardo amplificatori e oscillatori, sono praticamente due facce della stessa medaglia... si potrebbe dire, in soldoni, che un oscillatore è un particolare amplificatore fatto a posta per generare una oscillazione... sono talmente due facce della stessa medaglia che all'atto pratico poi capita spesso che l'oscillatore trovi buono ogni pretesto per non oscillare neppure a pagarlo, mentre l'amplificatore trova buono ogni pretesto per mettersi ad oscillare