Elettronica di Base: Semiconduttori, Giunzioni PN e Funzionamento dei Transistor

Semiconduttori Intrinseci ed Estrinseci

Semiconduttori Intrinseci

I semiconduttori intrinseci sono semiconduttori senza impurità. Sono caratterizzati dall'avere 4 elettroni nell'ultimo strato atomico e formano una struttura stabile, legandosi agli atomi vicini con legami covalenti, attraverso la condivisione di 4 coppie di elettroni.

Semiconduttori Estrinseci

I semiconduttori estrinseci sono prodotti che contengono un certo numero di impurità, aggiunte per modificarne le proprietà di conducibilità.

Semiconduttore di Tipo N

Il semiconduttore di tipo N è estrinseco. Se a un semiconduttore puro (intrinseco) si aggiungono alcuni atomi con 5 elettroni nel loro ultimo strato (atomi donatori), nella struttura cristallina questi atomi presentano un elettrone non legato, che può muoversi con facilità all'interno del semiconduttore per aumentare la conducibilità. La conducibilità dipende dal numero di atomi di impurità.

Semiconduttore di Tipo P

Il semiconduttore di tipo P è estrinseco. Se, come atomi di impurità, si aggiungono a un semiconduttore intrinseco atomi contenenti 3 elettroni nell'ultimo strato (atomi accettori), nella struttura cristallina di questi atomi si ha una mancanza di un elettrone per creare un legame; si dice che appare una lacuna (o buco). Questo crea un semiconduttore di tipo P.

Giunzione PN e Polarizzazione

Giunzione PN

La giunzione PN è l'unione di un semiconduttore di tipo P con un semiconduttore di tipo N. Nel processo di formazione della giunzione, alcuni elettroni si muovono dal semiconduttore N al semiconduttore P per ricombinarsi con le lacune (o buchi) presenti nel semiconduttore P, creando uno strato di barriera in cui non ci sono elettroni liberi o lacune.

Polarizzazione Diretta

La polarizzazione diretta si ha connettendo il polo positivo del generatore al semiconduttore P e il polo negativo al semiconduttore N. A causa della tensione applicata, che deve essere superiore alla tensione di soglia (o di barriera), gli elettroni nel semiconduttore N diffondono attraverso la giunzione verso le lacune del semiconduttore P e quindi passano attraverso il conduttore al polo positivo del generatore, mentre il polo negativo alimenta gli elettroni nel semiconduttore N.

Polarizzazione Inversa

La polarizzazione inversa si ha connettendo il polo positivo del generatore al semiconduttore N e il polo negativo al semiconduttore P. A causa della tensione applicata, gli elettroni liberi del semiconduttore N sono attratti dal polo positivo della batteria, ampliando lo strato di barriera e impedendo praticamente il passaggio di elettroni attraverso la giunzione. Tuttavia, vi è una corrente di intensità molto bassa attraverso la giunzione, dovuta a portatori minoritari e all'effetto della temperatura.

Caratteristiche e Limiti dei Diodi

Corrente Massima

Il diodo può essere danneggiato per effetto Joule se la corrente che lo attraversa in funzionamento continuo supera il valore nominale.

Tensione Inversa Nominale Massima

È la massima tensione inversa che il diodo può sopportare senza innescare la conduzione. Se la tensione inversa applicata al diodo in funzionamento continuo supera il valore nominale, il diodo diventa conduttivo (fenomeno di breakdown), rompendo la struttura cristallina e deteriorandosi.

Ponte Raddrizzatore

Il ponte raddrizzatore consiste di quattro diodi rettificatori (due coppie) collegati in una configurazione a ponte con il carico. I punti centrali delle due coppie di diodi collegano l'alimentazione in corrente alternata. Durante ogni semiperiodo della tensione alternata, due diodi conducono e due sono interrotti, permettendo alla corrente di circolare nel carico sempre nella stessa direzione.

Il Transistor come Interruttore

Il transistor permette il passaggio di una elevata corrente nel collettore quando una piccola corrente fluisce attraverso il terminale di base; in questo caso, si dice che il transistor è saturo. Per interrompere la conduzione, il terminale di base del transistor cessa di essere un pilota; in questo caso, si dice che il transistor è interdetto (o spento). Questa funzione può essere utilizzata per azionare il transistor come un interruttore con un carico collegato al collettore. La corrente passerà attraverso il carico solo se una polarizzazione (bias) è applicata alla giunzione base-emettitore. Disconnettendo l'alimentazione dal circuito di base, si interrompe il passaggio della corrente elettrica attraverso il carico.