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\bibliographystyle{unsrt}
\begin{document}
\renewcommand{\arraystretch}{1.2}
\title{\bf Laboratorio di Fisica VI}
\author{\small }
\author{}
\date{}
 
\maketitle


\section{Circuiti con transistor: strutture base}




Relazione Gruppo ..........


\vspace{1 cm}






\subsection{Avvertenza} 

Quest'esercitazione si propone di dare un'idea delle caratteristiche basilari del transistor. La 
maggior parte dei circuiti suggeriti sono molto semplici e si chiede di risolverli 
nel modo piu' diretto possibile. 
Un modello semplice per descrivere il comportamento di un transistor nella zona attiva \`e quello
illustrato in figura~\ref{figure1}.

\begin{figure}[h]
  \begin{center}\mbox{\epsfig{file=figure1.eps,width=10.0 cm,
height=7 cm}}\end{center}
\caption{}
\protect\label{figure1}
\end{figure}

                                                        
Il transistor si trova in zona attiva se:

\[
V_C > V_E
\]
\[
V_B -V_E  \approx 0.6 \;V  \;\;\;(caduta\; di \;tensione \;su\; un \;diodo \;polarizzato\; direttamente)
\]

Il transistor in tali condizioni \`e caratterizzato dal guadagno in corrente $h_{FE}$.  

              

\section{Montaggio del circuito}

Si monti il circuito di figura~\ref{figure2}. Questo sar\`a adoperato per misurare $h_{FE}$. 

Per montare il transistor si tenga presente che l'emittitore \`e segnalato dalla linguetta 
sporgente rispetto alla base circolare del transistor e il collettore \`e quello collegato 
all'involucro metallico. \`E possibile controllare la posizione di base, collettore ed emettitore 
dal disegno in sezione  sulle specifiche. 

\begin{figure}[h]
  \begin{center}\mbox{\epsfig{file=figure2.eps,width=7.0 cm,
height=7 cm}}\end{center}
\caption{}
\protect\label{figure2}
\end{figure}

               
Per collegare il tester si suggerisce di utilizzare gli spinotti a coccodrillo in modo da poter fissare stabilmente i cavi del tester al resto del circuito. 
 
La tensione di 5 Volt pu\`o esser ottenuta utilizzando lo stabilizzatore di tensione. 
Collegando alla basetta lo stabilizzatore di tensione si ha in uscita sulla boccola gialla 
5~Volt per qualsiasi differenza di potenziale tra la boccola rossa e terra maggiore di 5~Volt. 
Si suggerisce di verificarlo preliminarmente.

Variando il valore della resistenza R posta sulla base si pu\`o variare la corrente $I_B$  
che entra in base e poi misurare la corrispondente corrente  $I_C$.  

Assumendo che sia $V_{BE} = 0.6\;V$ si riportino nella tabella~\ref{tab1}, per ciascun valore di R,
i valori di $I_B$ (calcolati noti $V_{in}$, $V_{BE}$ ed R), i corrispondenti valori misurati
di $I_C$ ed il valore di $h_{FE}$ che si ottiene.

\renewcommand{\arraystretch}{1.6}

\begin{table}[h!]  
\begin{center}
\begin{tabular}{| c | c | c | c |} 
\hline
$R \pm 5 \%$& ~~~~~~~~~~~~~~$I_B$~~~~~~~~~~~~~~~ &~~~~~~~~~~~~~~$I_C$~~~~~~~~~~~~~~~& ~~~~~~~~~~$h_{FE}~~~~~~~~~~$~~~~~      \\
\hline
4.7 M & $\pm$ & $\pm$ & $\pm$ \\
\hline
1.0 M & $\pm$ & $\pm$ & $\pm$ \\
\hline
470 K & $\pm$ & $\pm$ & $\pm$ \\
\hline
100 K & $\pm$ & $\pm$ & $\pm$ \\
\hline
47 K & $\pm$ & $\pm$ & $\pm$ \\
\hline			
\end{tabular}
\caption{}
\protect\label{tab1}
\end{center}
\end{table}


Si trova sempre un medesimo valore per $h_{FE}$ ? Quale potrebbe essere il motivo di valori diversi
per diversi valori di $I_B$ ? 




Si verifichi ora, facendo uso delle specifiche del transistor (2N1711) il valore nominale del guadagno in corrente (in DC). Si scelga R e si regoli $V_{cc}$ in modo da mettersi approssimativamente nelle condizioni:
 
\[
V_{CE}  = 10\;V
\]

\[
I_C = 0.1\;mA
\]

Si indichino i valori realmente adoperati per $V_{CE}$ ed $I_C$.
 
Si misurino quindi $I_C$ ed $I_B$  e si calcoli $h_{FE}$. Si riportino i risultati nella tabella~\ref{tab2}.


\begin{table}[h!]  
\begin{center}
\begin{tabular}{| c | c | c | c | c|} 
\hline
~~~~$R \pm 5 \%$& ~~~~~~~~~$I_B$~~~~~~~~~~ &~~~~~~~~~$I_C$~~~~~~~~~~& ~~~~~$h_{FE}$(misurato) &  ~~~~~$h_{FE}$(specifiche)    \\
\hline
 & $\pm$ & $\pm$ & $\pm$ & $\pm$ \\
 & & & & \\
\hline
\end{tabular}
\caption{}
\protect\label{tab2}
\end{center}
\end{table}

\newpage

\section{Misura delle caratteristiche}

Si monti il circuito di figura~\ref{figure3}

\begin{figure}[h]
  \begin{center}\mbox{\epsfig{file=figure3.eps,width=8.0 cm,
height=6 cm}}\end{center}
\caption{}
\protect\label{figure3}
\end{figure}     


Variando la resistenza  $R_{LOAD}$  Si misuri $I_C$ in funzione di $V_{CE}$. 

Attenzione! Si faccia una stima grossolana iniziale di quale sia il range interessante 
in cui effettuare le misure. Inoltre \`e possibile che a bassi valori di $V_{CE}$ sia
necessario attendere qualche secondo per stabilizzare il valore.

Si riporti in un grafico i risultati (facendo uso di ORIGIN) e si confronti la curva cos\`i 
ottenuta con quella fornita dalle specifiche.  

Si indichi  sul medesimo grafico la zona di saturazione e la zona attiva.

Si supponga di sostituire la resistenza di base $R_B$  con una resistenza  di valore met\`a.


Si indichi sul medesimo grafico, in modo qualitativo, quale potrebbe essere l'andamento atteso per $I_C=f(V_{CE})$ con tale scelta.
 

\section{Transizione tra le differenti zone di lavoro del transistor}

Si fissi ora il potenziometro in figura~\ref{figure3} a 10K e si invii in input alla base 
un segnale triangolare avente ampiezza picco-picco 6~Volt  e frequenza  pari a 100-150 Hz.

Si riporti in un grafico~(figura\ref{grid}) l'andamento di  $V_{IN}$  e  $V_{OUT}$ in funzione del tempo sulla 
stessa scala temporale  e si indichino le zone in cui il transistor si trova in regione attiva, in saturazione o in interdizione.

\begin{figure}[!h]
  \begin{center}\mbox{\epsfig{file=grid.eps,width=14.0 cm,
height=10 cm}}\end{center}
\caption{}
\protect\label{grid}
\end{figure}

\begin{figure}[!h]
  \begin{center}\mbox{\epsfig{file=figure4.eps,width=12.0 cm,
height=10 cm}}\end{center}
\caption{}
\protect\label{figure4}
\end{figure}

	Si ritiene che il transistor entri nelle varie zone (cut-off, attiva e saturazione) a valori della tensione di input consistente con quanto atteso?    

 
\vspace{ 5 cm}


\section{Porte Logiche a transistor}


Il transistor utlizzato nella zona di saturazione e di cut-off costituisce l'elemento base della 
elettronica digitale.
	
Esamineremo ora un primo circuito, in cui il transistor viene utilizzato per realizzare
una porta NOT.


Nei circuiti logici il transistor e' utilizzato come un interruttore, costringendolo a lavorare nella 
zona di saturazione  ($I_C < h_{FE}\  I_B$, $V_{CE} \approx  0.2\;V$) o nella zona di cutoff   
($I_C \approx 0,  V_{CE} \approx 5\;V$).
  
Studieremo ora le caratteristiche della porta logica NOT a transistor, ed in particolare:

\begin{enumerate}
\item il funzionamento del transistor nei due stati;
\item la definizione degli stati logici;
\item la risposta temporale.
\end{enumerate}

    


\begin{figure}[h!]
  \begin{center}\mbox{\epsfig{file=figure5.eps,width=8.0 cm,
height=8 cm}}\end{center}
\caption{}
\protect\label{figure5}
\end{figure}                      



Si monti il circuito di figura~\ref{figure5}. 

Si mandi in input un segnale $V_{in} = 0\;V$. Si misuri  $V_{out} = V_{CE}$  ed $I_C$ e si verifichi in quale 
stato sia il transistor (tabella~\ref{tab3}):

\begin{table}[h!]  
\begin{center}
\begin{tabular}{| c | c | c |} 
\hline
~~~~~~~~~~~~$V_{out} $~~~~~~~~~~~~~& ~~~~~~~~~~~~$I_C$~~~~~~~~~~~~ &~~~~~~~~~~~~~~~Stato del transistor~~~~~~~~~~~~~~~~    \\
\hline
 $\pm$ & $\pm$ & \\
\hline
\end{tabular}
\caption{}
\protect\label{tab3}
\end{center}
\end{table}

	
Si invii ora in input un segnale $V_{in}= 5\;V$.  Si calcolino i valori attesi per $I_B$  ed  $I_C$, qualora il transistor lavori in zona attiva.

\[
I_B=
\]

\[
I_C=
\]



Si misurino  $V_{out} = V_{CE}$, $I_B$ ed $I_C$ (tabella~\ref{tab4}):

\begin{table}[h!]  
\begin{center}
\begin{tabular}{| c | c | c |} 
\hline
~~~~~~~~~~~~$V_{out} $~~~~~~~~~~~~~& ~~~~~~~~~~~~$I_B$~~~~~~~~~~~~ &~~~~~~~~~~~~$I_C$~~~~~~~~~~~~   \\
\hline
 $\pm$ & $\pm$ & \\
\hline
\end{tabular}
\caption{}
\protect\label{tab4}
\end{center}
\end{table}

In quale stato \`e il transistor?

\vspace{3 cm}



\begin{figure}[h]
  \begin{center}\mbox{\epsfig{file=figure6.eps,width=16.0 cm,
height=6 cm}}\end{center}
\caption{}
\protect\label{figure6}
\end{figure}


Si invii ora in input impulsi quadrati variabili fra 0 e 5 Volt e si misurino (tabella~\ref{tab5}) i tempi di 
commutazione del circuito nei due casi:

\begin{enumerate}
\item quando $V_{out}$ passa da $\sim 0$ V a $\sim 5$ V (figura~\ref{figure6}(sinistra));
\item quando $V_{out}$ passa da $\sim 5$ V a $\sim 0$ V (figura~\ref{figure6}(destra));
\end{enumerate}


\begin{table}[h!]  
\begin{center}
\begin{tabular}{| c | c | c | c |} 
\hline
~~~~~~~~~~~~$T_s $~~~~~~~~~~~~~& ~~~~~~~~~~~~$T_d$~~~~~~~~~~~~ &~~~~~~~~~~~~$T_{rs}$~~~~~~~~~~~~ &~~~~~~~~~~~~$T_{rd}$~~~~~~~~~~~~  \\
\hline
 $\pm$ & $\pm$ & $\pm$ & $\pm$ \\
\hline
\end{tabular}
\caption{}
\protect\label{tab5}
\end{center}
\end{table}

Per le definizioni dei tempi si faccia riferimento alla figura~\ref{figure6}.

Si misuri il tempo di salita  $T_s$ del segnale in uscita (tempo perch\`e la variazione del segnale 
passi dal $10$ al $90 \%$ del suo massimo, come indicato in figura), il tempo di discesa  $T_d$  
(definito in modo simile a $T_s$) ed i tempi di ritardo  $T_{rs}$, $T_{rd}$ nei due casi di salita e discesa di $V_{out}$  (ritardi fra una variazione del $10 \%$ del segnale di input ed una variazione del $10\%$ del segnale di output, vedi figura).

Come mai i due casi di  salita e di discesa del segnale $V_{out}$ sono caratterizzati  da tempi diversi?

\end{document}


