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Premessa
- Il
transistor come interruttore. In questo articolo impareremo a conoscere il transistore in una delle sue più importanti applicazioni: come interruttore. A questo scopo iniziamo il nostro lavoro dando un'occhiata al semplice modello di transistor della fig. 1: qui il transistore ha semplicemente la funzione di interruttore. Solo che questo interruttore non è azionato manualmente, ma con la corrente elettrica. L'intensità di tale corrente la stabiliremo per tentativi. Si dimostra che il rapporto tra la corrente interrotta e inserita dal transistor, e la corrente necessaria per farlo funzionare è maggiore di 100. Ciò spiega il grosso vantaggio di questo interruttore: per interrompere grandi correnti è sufficiente una corrente di polarizzazione molto più piccola.Gli interruttori a transistor vengono utilizzati per la commutazione veloce, a breve e media distanza. L'elemento di commutazione dello stadio a transistor è il collegamento collettore - emettitore del transistor stesso. Il collegamento tra collettore ed emettitore deve prima essere ad alto valore ohmico, in modo da interdire la corrente di collettore - emettitore, poi il collegamento deve scendere a basso valore ohmico e consentire il flusso della corrente di collettore - emettitore. Il transistor quindi deve passare dallo stato di interdizione allo stato di conduzione (figure 1 e 2).
Fig.1 Fig. 2 Il passaggio da uno stato all'altro è controllato dalla corrente di base o dalla tensione di base-emettitore. Se si lascia aperto l'ingresso o si applica all'ingresso il potenziale della massa, la corrente di base non fluisce e praticamente neanche la corrente di collettore.La figura 3 mostra un esempio molto semplice di interruttore a transistor: il transistor non viene comandato direttamente dalla tensione di base-emettitore e il comando è esercitato dalla pre-resistenza Rb sulla base.
Fig. 3
Nel punto di lavoro P1 il transistor si trova in stato di interdizione. Nello stato di interdizione il transistor può presentare i seguenti parametri: Ib = 0 Vbe = 0 Rce = 100 MOhm Vce = Vb = 12V Ic = 0 Questi valori sono scritti in nero nello schema in figura 3. Su Rce cade praticamente tutta la tensione di alimentazione Vb. Questa caduta è ovvia se si considera il collegamento in serie tra Rl =240 Ohm ed Rce= 100 MOhm. Se la base riceve una corrente di 1 mA, il transistor entra in conduzione. Il collegamento collettore - emettitore scende a un basso valore ohmico e la tensione Vce si riduce. Il transistor si trova nel punto di lavoro P2. Nel punto di lavoro P2 il transistor si trova in stato di massima conduzione. Nello stato di massima conduzione il transistor può presentare i seguenti parametri:
Fig. 4
Interruttore
per lampadine ad incandescenza. Di fronte al problema di accendere e spegnere una lampadina, saremmo tentati di pensare che un normale interruttore possa risolverlo in ogni caso in maniera più che soddisfacente. Ciò però non è vero, come mostrano i seguenti ragionamenti. Come ognuno di noi ha osservato, interrompendo correnti intense, sui contatti di un interruttore si vedono delle scintille, e perciò localmente si originano altissime temperature. In seguito a ciò hanno luogo diversi processi chimico - fisici a livello dei contatti, che lentamente li usurano, non per niente gli archi che s'innescano determinano ogni volta una migrazione di particelle di materiale. Un giorno l'interruttore sarà carbonizzato e non più in grado di assolvere il suo compito. Per questa ragione, per gli interruttori sensibili, si dà un limite superiore di corrente, oltre il quale l'interruttore non può funzionare, il cosiddetto <<potere di interruzione>>. Esistono interruttori che funzionano fino ad un massimo di 1 mA ( per esempio microrelè ) e quindi non sono adatti come interruttori per lampadine: questi ultimi richiedono circa 50 mA. Una possibile soluzione è l'uso del transistore come interruttore. La fig. 2 mostra lo schema del circuito. Attraverso il collettore, a transistor non interdetto, passa la corrente di 50 mA necessaria per l'accensione della lampadina. L'interruttore S interrompe la corrente del generatore da 1,5 V inserito sulla base, con la cui tensione polarizza il circuito d'ingresso del transistor facendolo andare in conduzione: ovviamente affinché la lampadina s'illumini normalmente è necessario che la resistenza emettitore - collettore di T1 sia prossima allo zero, ovvero che T1 lavori in <<saturazione>>.
Fig. 5 Ogni
volta che accendiamo una lampadina ad incandescenza, la sua vita diminuisce.
Sarebbe vantaggioso, specie con lampade costose, riuscire ad accenderle
lentamente o come si dice tecnicamente operando un soft start. A freddo la
bassissima resistenza del filamento determina una extracorrente d'accensione
multipla di quella a regime. Utilizzando il circuito di fig.6 è possibile
raggiungere lo scopo. E' noto che un capacitore impieghi un certo tempo per
arrivare alla completa carica, ebbene il resistore R1 accoppiato con C1
realizza un circuito RC, in cui il tempo necessario per far salire al 67%
della tensione applicata tra i morsetti 1 e 2 è data dalla seguente formula,
dove il τ viene chiamato <<costante di tempo>>:
Dopo
Fig. 6 Questo tipo di interruttore elettronico trova molta utilità nei cosiddetti <<ambienti speciali>>, come ad esempio luoghi umidi o bagnati, logicamente in questi esempi abbiamo parlato di lampadine ad incandescenza per bassa tensione, ma il circuito può essere utilizzato anche per lampade luminescenti a scarica nei gas, che notoriamente si innescano con tensioni sull'ordine dei centinaia di volt !!!! in questo caso occorre utilizzare un transistor per alte tensioni ed il circuito è come in fig. 7.
Fig. 7 Il partitore R1
- R2 ha una duplice funzione: primo divide la tensione in modo tale che ai
capi della R2 si ottengano 0,7 Volt, è sufficiente che entrambe i resistori
abbiano lo stesso valore e per secondo sempre la R2 forza a massa la base
impedendo accidentali accensioni della GL. La condizione di
<<saturazione>> si raggiunge facilmente conoscendo l' Hfe del
transistor scelto e la corrente di collettore: entrambe le grandezze sono
strettamente legate dalla seguente relazione:
Ebbene la saturazione si ha rispettando la condizione di Ib > Ic / Hfe, in questo caso la resistenza e quindi conseguentemente la tensione di collettore si approssimeranno a zero !!
SOFTMAX PRODUCTION
(2001) |
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