Benvenuti nella mia pagina web dedicata ai componenti elettronici attivi


Cercherò in questa pagina di definire con parole adatte a tutti (com' è nello stile di questo sito ) l' immenso mondo che stà dietro alla semplice frase "componenti elettronici attivi", non è un compito facile ma ci proverò. Naturalmente, come già detto sulle altre pagine, è impossibile condensare una materia vastissima in questo piccolo testo, ma se avete intenzione di approfondire o avete bisogno di una consulenza professionale potete mettervi in contatto con me tramite la pagina Contatti.

A questo link potete trovare la pagina dedicata all' elettrotecnica e  all' elettronica, mentre a questo link troverete la pagina dedicata ai componenti elettronici passivi.

                                                  I componenti elettronici attivi   

Mentre i  componenti passivi hanno avuto un' evoluzione solo dimensionale e qualitativa, al contrario i componenti attivi hanno conosciuto nel tempo veri e propri terremoti nella loro evoluzione, con interi sistemi e concetti di produzione spariti, rimpiazzati da altri sistemi e concetti di produzione rivoluzionari, si è passati dai componenti termoionici (o a vuoto) ai sistemi a stato solido intorno al 1960, i quali hanno avviato la rivoluzione che ha permesso di realizzare tutto quello che vediamo adesso (smartphone, tv a cristalli liquidi, personal computer, tablet).

Andiamo adesso a conoscere i principali componenti attivi, essi sono i trasformatori, i tubi termoionici (dette anche valvole), i transistor e i circuiti integrati.

I trasformatori si definiscono "macchine attive senza parti in movimento" essi sono formati da due bobine di fili in rame montati su un pacco di lamierini e separate da un nucleo (vedere immagini alla fine della trattazione), le bobine vengono chiamate una "primario" e l' altra "secondario" a seconda della direzione di funzionamento. I trasformatori permettono tramite la legge dell' induzione elettromagnetica (legge di Faraday-Neumann-Lenz) di trasferire abbassandone o alzandone il valore( rapporto di trasformazione), tensioni e correnti elettriche, essi assicurano anche la separazione fisica tra circuiti, visto che tra primario e secondario non vi è nessun contatto, e fungono anche da adattatori di impedenza negli apparati audio professionali. La dimensione di un trasformatore dipende dalla corrente e dalla tensione che deve gestire, i valori di tensione e corrente di lavoro di solito sono stampati direttamente sul trasformatore stesso.

             Trasformatori di bassa tensione con vari secondari (fili gialli)                                                                                                  Simbolo elettrico del trasformatore

                         Trasformatore da palo per alta tensione trifase                                                                                                                                  Principio di funzionamento

                                                                        Componenti attivi  a vuoto

I tubi termoionici o valvole elettroniche sono stati i primi componenti attivi a consentire l' amplificazione e l' elaborazione dei segnali elettronici, sono stati realizzati con essi TV, radio, trasmettitori, e persino computer (di dimensioni mastodontiche). Sfruttano l' effetto termoionico, che consiste nell' emissione di elettroni nel vuoto, da parte di un elettrodo chiamato "catodo", polarizzato negativamente, realizzato con un materiale particolare, il quale è riscaldato da un filamento incandescente in tungsteno, gli elettroni emessi muovendosi nel vuoto non hanno nessun' ostacolo particolare e sono attirati e raccolti  da un ' altro elettrodo polarizzato positivamente chiamato anodo o placca, questo è il diodo termoionico, un componente (disponibile nella versione a stato solido come diodo al silicio) che si fà attraversare dalla corrente in un solo senso (polarizzazione diretta) e non nell' altro (polarizzazione inversa).
Se aggiungiamo un terzo elettrodo chiamato griglia tra anodo e catodo, e lo polarizziamo in modo leggermente negativo, saremo in grado di controllare e modulare il flusso degli elettroni che si muovono nel vuoto, in parole povere applicando un piccolo segnale alla griglia otterremo un segnale molto più ampio sull' anodo, abbiamo così realizzato un triodo, il dispositivo termoionico più semplice, ed anche il primo realizzato in grado di amplificare un segnale elettrico, gli elettrodi sono racchiusi in un' ampolla di vetro in cui è stato ricavato il vuoto. Se avete bisogno di approfondimenti potete andare alla sezione contatti.
Sono stati fabbricati tubi multigriglia per soddisfare esigenze particolari, tetrodi (due griglie), pentodi (tre griglie) e tubi aventi nell' ampolla non il vuoto ma un gas rarefatto.
Sebbene sostituiti in quasi tutte le applicazioni dai dispositivi a stato solido, essi continuano ad essere insostituibili in alcuni apparati, tipo negli amplificatori ad alta frequenza di altissima potenza e nelle applicazioni hi-fi  high-end per il suono particolare pastoso e puro che riescono a produrre, anche nel forno a microonde che tutti abbiamo in casa vi è una valvola di alta potenza a produrre le emissioni a cortissimo periodo che cuociono i cibi. Ed il tubo a raggi catodici che fino a qualche anno fà permetteva di vedere delle splendide immagine sui TV CRT era una valvola con lo schermo a fare da anodo.

                                                                                      

                          Tubi termoionici per applicazioni radio e hi-fi                                                                                                                               Simbolo elettrico del triodo a vuoto

                                                                                                                         

                                                                                                                           Principio di funzionamento del triodo

                                                    Dispositivi a semiconduttore o a stato solido.

Sono particolari componenti elettronici attivi costruiti drogando (introducendo impurità) opportunamente un materiale semiconduttore (germanio, silicio o semiconduttori artificiali), i semiconduttori vengono drogati con impurità di tipo P a carica positiva (lacuna o mancanza di elettrone) o di tipo N a carica negativa (eccesso di elettroni), il contatto tra un semiconduttore a carica P con un' altro a carica N produce una giunzione di tipo P-N, nella zona di contatto si crea una corrente detta di svuotamento (depletion) dovuta allo scambio di cariche nel tentativo di ripristinare la neutralità dei materiali, creando quindi una zona neutra in prossimità del contatto ed un esiguo strato isolante al contatto stesso. Da notare che la giunzione P-N sottoposta alla luce solare diretta è in grado di produrre nella zona di contatto una tensione elettrica di 0,6V, essa quindi diventa una cella solare ad effetto fotovoltaico, sistemando in modo opportuno tante giunzioni (serie e parallelo) si ottengono i pannelli fotovoltaici utilizzati attualmente negli impianti di produzione. Se avete bisogno di approfondimenti potete andare alla pagina contatti oppure potete andare a questo link.

Utilizzando le proprietà della giunzione P-N si possono ottenere tutti i componenti che sono alla base dell' elettronica moderna, tra cui i diodi a stato solido, TRANSISTOR, MOSFET , JFET, UJT, questi componenti si possono realizzare sia in forma discreta, cioè come singolo componente con determinate caratteristiche, oppure come circuito integrato, ovvero un cristallo di semiconduttore che drogato in modo opportuno, permette di ottenere un circuito completo di componenti passivi e attivi in pochissimo spazio e con grande risparmio di materiale e tempo, ma andiamo a conoscere più da vicino  i vari tipi di componenti a semiconduttore.  Fate click sulle immagini per ingrandirle.

                                        Illustrazione grafica giunzione P-N                                                                                       Cella fotovoltaica ottenuta da opportuno collegamento di giunzioni P-N

Il diodo a semiconduttore utilizza una singola giunzione P-N, essa per le sue note proprietà, è in grado di farsi attraversare da corrente o meno a seconda di come gli applichiamo tensione. Esso presenta due collegamenti esterni, uno fà capo al semiconduttore drogato P (anodo),l' altro a quello N (catodo), se applichiamo la tensione con il polo positivo all' anodo e quello negativo al catodo il diodo si farà attraversare dalla corrente (polarizzazione diretta), se invece invertiamo i poli la corrente non riuscirà ad attraversare il diodo (polarizzazione inversa), essi vengono utilizzati come raddrizzatori negli alimentatori, come interruttori, come rivelatori e come protezione (abbinati ad un fusibile) dalle inversioni di polarità dell' alimentazione.

Bisogna tenere presente che i diodi presentano una tensione di soglia di 0,6V per quelli al silicio e 0,2V per quelli al germanio, cioè se la tensione ai loro capi non supera questo valore essi si comportano come un interruttore aperto (non circola corrente), vengono comunque fabbricati diodi al silicio con soglia più bassa (diodo Schottky), diodi che vengono utilizzati come condensatori variabili (diodo varicap) variando la tensione ai loro capi e particolari diodi stabilizzatori di tensione chiamati diodi Zener. Impossibile poi non menzionare i L.E.D. (light emitter diode), particolari diodi che emettono luce dalla giunzione P-N, amplificata poi da una lente apposita, essi stanno rivoluzionando il settore dell' illuminotecnica grazie al bassissimo consumo di corrente e alla luce particolare che riescono a produrre, da semplici indicatori essi si sono evoluti con l' aumento della luce emessa e con  l' ottenimento della luce bianca, vengono attualmente fabbricate lampade di ogni tipo e colore, e forniscono anche la retroilluminazione per gli schermi LCD (edge led) dei tv di ultima generazione.

                         Diodo reale, la fascia bianca è il catodo                                                                                                            Simbolo del diodo usato negli schemi elettrici

                                        LED di vari colori                                                                                                                                                            Schema interno e simbolo del diodo LED

Se avete bisogno di approfondimenti o di una consulenza professionale, potete andare alla pagina contatti.  

Il transistor bipolare classico o BJT (bipolar junction transistor) è un componente formato da due giunzioni P-N (vedi figura sotto), esso può essere del tipo PNP  funzionante con una corrente positiva (lacune di elettroni) o del tipo NPN funzionante una corrente di tipo negativa (elettroni) , e presentra tre terminali chiamati, Base, Collettore, Emettitore (indicato nel simbolo elettrico da una freccia). Venne scoperto nel 1946 nei laboratori della Bell telephone dai ricercatori Walter Brattain, John Bardeen e William Schockley, essi diedero il via alla moderna elettronica.

 Il transistor è un componente attivo capace di amplificare i segnali ad esso applicati, come il triodo termoionico, ma con molti vantaggi, i principali sono quello di essere a stato solido quindi difficile da distruggere meccanicamente,  è di piccole dimensioni se paragonato ai tubi, funziona con basse tensioni ai capi ed è relativamente facile la sua integrazione, inoltre non richiede tensione di filamento. Molto schematicamente, il suo funzionamento può essere definito così, "gli elettroni emessi dall' emettitore, vengono regolati dalla base e quindi raccolti dal collettore", in pratica la corrente di  emettitore Ie viene regolata come un rubinetto fà con l' acqua dalla corrente di base Ib, infine sul collettore troviamo la corrente Ic  regolata ed amplificata.

Il transistor per funzionare correttamente deve essere polarizzato nel modo giusto a seconda del tipo di funzionamento richiesto, per farlo si utilizzano i componenti elettronici passivi quali resistori e condensatori.

I transistor vengono utilizzati come amplificatori, interruttori, oscillatori, regolatori (abbinati ad un diodo Zener) e tante altre applicazioni. Con il progredire della tecnica dei componenti a stato solido, sono stati introdotti altri transistor ottimizzati per alcune applicazioni, tra cui il JFET junction field effect transistor ( transistor ad effetto di campo, impedenza d' ingresso elevata e comando in tensione), il MOSFET metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (comando in tensione,  impedenza d' ingresso elevata, interruttore con bassa resistenza del canale quando polarizzato direttamente) e l' UJT o unigiunzione (oscillatore ad impulsi).

 I transistor sono racchiusi in contenitori metallici o plastici a seconda della dissipazione di potenza richiesta e dell' eventuale applicazione di un dissipatore di calore.  

            Transistor BJT NPN ottenuto da una barretta di semiconduttore                                                 Simbolo del transistor BJT NPN (il PNP si rappresenta con freccia invertita)

                                   Transistor di potenza con contenitoreTO220                                                                                                 Transistor per piccoli segnali in contenitore TO92

          Transistor per piccoli segnali in contenitore TO18                                                                                                           Transistor di potenza metallico 2N3055 in contenitore TO3

Infine, i circuiti integrati monolitici sono realizzati drogando le zone di una piastrina di semiconduttore in modo opportuno, nel dettaglio, introducendo impurità più o meno conduttive si realizzeranno isolanti o conduttori (o resistori del valore voluto), impurità  di tipo P o N realizzeranno transistor con le caratteristiche volute, facendo così si otterrà su una piccola piastrina di semiconduttore un circuito complesso, accessibile dall' esterno con dei terminali in modo da poter collegare all' esterno i componenti necessari al funzionamento ma non integrabili (induttanze, condensatori, resistori ed altro).

Esistono circuiti integrati analogici e digitali realizzanti funzioni molto complesse, è grazie a loro che si sono potuti miniaturizzare i circuiti elettronici, con risultati visibili da tutti, basti pensare ai tablet o agli smartphone, veri e propri miracoli della tecnologia elettronica. Vengono prodotti anche circuiti integrati costruiti con componenti normali, privi di contenitore, poi racchiusi in contenitori plastici e realizzanti funzioni comunque semplici, questi tipi di componenti vengono chiamati "circuiti integrati ibridi". Ne sono un esempio molto diffuso gli ibridi amplificatori della serie STK.

Per conoscere le caratteristiche dei componenti attivi, dovete essere in possesso dei relativi datasheet. I datasheet sono dei fogli informativi, rilasciati dal costruttore dove è possibile trovare tutte le informazioni riguardo ai parametri massimi e minimi di funzionamento dei componenti, e persino esempi di realizzazioni, un ottimo sito dove trovare datasheet di quasi tutti i componenti attivi lo trovate a questo link. Invece cliccando col mouse su questo collegamento potete visualizzare il datasheet di facile comprensione di un noto componente sulla breccia da tanti anni,lo stranoto amplificatore di bassa frequenza TDA2003, capace di produrre una decina di Watt, utilizzando pochi componenti esterni, troverete nel datasheet anche lo schema interno del componente, e gli esempi di costruzione.

                                      Integrato digitale Dual in line                                                                                                                                            Integrati SMD dual in line

                              Integrato regolatore di tensione 5V negativi                                                                                                                           Integrato digitale flatpack SMD

Naturalmente è impossibile condensare tutti questi concetti in poco spazio, la mia vuole essere solo una buona guida per chi si affaccia a questo fantastico mondo, è possibile comunque approfondire o richiedere una consulenza professionale contattandomi, per questo andate alla pagina contatti.

 Grazie di avere visitato il mio sito web e di avere seguito la mia guida, tornate a visitarlo.

                                             Elettrotecnica ed Elettronica                                   Componenti passivi