IL TRANSISTOR:UN COMPONENTE ELETTRONICO FONDAMENTALE

Transistor
Che cos’è un transistor e come funziona? In che tipo di circuiti elettronici viene impiegato questo prezioso componente? Bentornato (o benvenuto se per te è la prima volta) nella mia scuola di automazione industriale. Oggi voglio parlarvi dei transistor, dato che come credo molti di noi già sappiano, all’interno di un PLC di transistor ce ne sono tantissimi.
In questa lezione scopriamo com’è fatto il transistor, come funziona, e dove viene utilizzato nei circuiti elettronici.

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Ecco gli argomenti di questa lezione:

Cosa significa transistor.

Com’è costruito il transistor.

Utilizzo del transistor come amplificatore di segnale.

Utilizzo del transistor come interruttore (switch).

Impiego dei transistor in elettronica.

A cosa servono i transistor nei computers e nei PLC.

Impiego dei transistor nell’automazione industriale.

Lo sapevate che nel vostro telefonino ci sono alcune centinaia di migliaia di transistor? E che nel vostro computer ce ne sono alcuni milioni? Che ci crediate o no, questo è probabilmente uno dei componenti elettronici più utilizzato nel mondo, e che è presente nei circuiti di ogni tipo e per ogni applicazione.

Possiamo tranquillamente affermare che senza transistor il mondo oggi sarebbe molto diverso.

Cosa significa transistor.

La parola transistor nasce dall’unione di due parole: transfer e resistor (trasferimento e resistenza). Come possiamo intuire quindi il significato di questo termine è che esiste un trasferimento di resistenza.

Il transistor è un piccolo componente elettronico (ormai miniaturizzato ai massimi livelli), che si trova in una varietà di circuiti sconfinata; esso viene utilizzato principalmente per amplificare segnali oppure per operare come switch.

Com’è costruito il transistor.

Il transistor è composto da un materiale semiconduttore al quale sono applicati tre terminali che lo collegano al circuito esterno. Ci sono in commercio transistor di diversa forma e dimensione; naturalmente nei circuiti integrati i transistor sono molto piccoli e indistinguibili a occhio nudo.

Vari tipi di transistor e circuiti integrati

Utilizzo del transistor come amplificatore di segnale.

Uno dei classici impieghi del transistor è, come dicevamo, quello di amplificatore di segnale. Nella prossima immagine abbiamo un circuito elettronico d’esempio.

L’ingresso in tensione viene portato alla base del transistor attraverso un condensatore e, con una resistenza, al collettore a cui è collegato un terminale dell’altoparlante.

Questo ingresso (chiamato audio input) può essere per esempio l’uscita di un microfono, comunque un segnale a bassa tensione.

L’emettitore del transistor è collegato al comune, mentre sull’altro terminale dello speaker c’è una tensione positiva.

L’amplificatore a transistor in pratica riproduce amplificata la tensione in ingresso, variando la corrente che scorre nel collettore dello stesso e nella resistenza.

Circuito elettronico con transistor utilizzato come amplificatore di segnale

Utilizzo del transistor come interruttore (switch).

Un’altra funzione attribuita al transistor, come abbiamo accennato in precedenza, è quella di interruttore.

Il funzionamento dell’interruttore a transistore è il seguente:

Se la corrente entrante nella Base (IB) è nulla, anche la corrente entrante nel Collettore IC e quella uscente dall'Emettitore IE sono nulle; in pratica il circuito tra i terminali C ed E è aperto.

Se invece la corrente entrante nella Base supera una certa soglia, possiamo avere una corrente IC entrante dal Collettore che esce dell'Emettitore; in questo caso il circuito sui terminali C ed E è chiuso.

A differenza di ciò che avviene con un interruttore di altro tipo, nel transistor la corrente può passare solamente in un verso, dal terminale C all’emettitore E, non viceversa. Allo stesso modo anche la corrente di base può essere solo entrante.

Sempre parlando della corrente di base, essa è molto più piccola della corrente che passa nel collettore, per questo si dice che il transistor amplifica la corrente di base.

Circuito elettronico con transistor utilizzato come switch

Impiego dei transistor in elettronica.

Dove sono impiegati i transistor? Intanto tutti sappiamo che prima le radio funzionavano con le valvole, lo stesso vale per i televisori.

A un certo punto (parecchi anni fa) si è cominciato a parlare di “radio a transistor”, amplificatori a “stato solido”, e così via. Ovunque ci fosse una valvola si è proceduto a sostituirla con un transistor, apparecchio più piccolo, meno costoso, durevole e versatile.

La grande fortuna del transistor è stata che è un componente che ha potuto subire una miniaturizzazione estrema, tanto che all’interno di un singolo microchip da pochi centimetri sono concentrati milioni di questi componenti.

I transistor oggi sono ovunque: nei telefonini, nelle radio, nelle televisioni; praticamente in qualsiasi apparecchiatura elettronica, persino nello spazzolini da denti elettrico!

Apparecchiature con transistors

A cosa servono i transistor nei computers e nei plc?

Nei computers i transistor rappresentano soprattutto stati logici (on e off) che sappiamo essere alla base delle unità di memoria e dei circuiti di funzionamento appunto “logici”. Anche nel plc i transistor svolgono le stesse funzioni, oltre che a pilotare le uscite a stato solido come vedremo nei prossimi paragrafi.

Computer e PLC con transistors

Impiego dei transistor nell’automazione industriale.

Dove vengono impiegati i transistor nell’automazione industriale?

La risposta è scontata: “ovunque”, tuttavia a titolo d’esempio, per citare apparecchi semplici, i classici proximity switch (interruttori di prossimità) contengono i transistor. Essi sono interruttori elettronici che non sono soggetti a usura meccanica, non fanno rumore, e garantiscono un ottimo funzionamento.

Chiaramente essendo i transistor molto utilizzati, tutte le apparecchiature da campo possono contenerne moltissimi, in pratica ogni strumento elettronico può avere dei circuiti integrati al suo interno che contengono a loro volta questi semiconduttori.

Proximity switch con transistor

Sempre parlando di transistor, i moduli d’uscita digitale dei PLC possono essere a transistor o a relé. Quelli di uscita digitale a stato solito possono pilotare direttamente carichi in corrente continua di potenza non elevata.

Uscite del PLC con transistor (stato solido)

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