11 - I Transistor e i Tubi a Vuoto

📘 Lezione 11 - Il Transistor, gli Amplificatori e i Tubi a Vuoto

📌 Panoramica

Materia: Radiotecnica — Dispositivi Attivi e Amplificazione
Tempo di studio stimato: 2 ore
Prerequisiti: Semiconduttori e drogaggio, tensione e corrente.
Obiettivi di apprendimento:
- Comprendere la struttura e il funzionamento del transistor BJT (NPN e PNP).
- Imparare il concetto di amplificazione e il fattore Hfe (Beta).
- Distinguere le tre configurazioni degli amplificatori (emettitore, base e collettore comune).
- Conoscere i principi dei FET e MOSFET.
- Comprendere il funzionamento base dei tubi a vuoto (diodo, triodo, tetrodo, pentodo).

📖 Contenuti Teorici

1. 📡 Il Transistor BJT (Bipolar Junction Transistor)

Il transistor è un dispositivo a semiconduttore fondamentale, costituito da tre strati drogati, usato principalmente per amplificare segnali elettrici. A seconda della disposizione degli strati, può essere di tipo NPN o PNP.

🔹 Struttura e Terminali

Ha tre reofori (terminali), ciascuno collegato a uno strato drogato:

Base (B): strato centrale, molto sottile, agisce da terminale di controllo.
Collettore (C): riceve la maggior parte della corrente.
Emettitore (E): emette i portatori di carica verso il collettore.

I contatti fra le parti drogate formano due giunzioni: la giunzione Base-Collettore (BC) e la giunzione Base-Emettitore (BE).

🔹 Principio di Amplificazione

Il transistor è un dispositivo attivo controllato in corrente: una minima variazione della corrente di base ($I_B$) provoca una notevole variazione della corrente di collettore ($I_C$). La corrente di base è molto minore della corrente di collettore, quindi le correnti di collettore ed emettitore sono quasi uguali.

Il rapporto tra la corrente di collettore e la corrente di pilotaggio alla base si chiama Guadagno in Corrente e si indica con Hfe o Beta ($\beta$). Può valere 100-200 o più.

2. 🎛️ Configurazioni degli Amplificatori

Per amplificare i segnali, i transistor BJT possono essere configurati in tre modi principali:

🔹 Emettitore Comune

L’emettitore è in comune tra l’ingresso e l’uscita.
Amplifica sia la tensione che la corrente.
È la configurazione classica e più diffusa degli amplificatori generici.

🔹 Base Comune

La base separa i circuiti di ingresso e uscita.
Il guadagno in corrente è circa 1 (non amplifica la corrente), ma amplifica la tensione.
Offre alta stabilità ed è molto usato in alta frequenza.

🔹 Collettore Comune (Inseguitore di Emettitore)

Il guadagno in tensione è circa 1, ma amplifica la corrente.
È usato come separatore di stadi (buffer) e per pilotare carichi a bassa impedenza.

🔹 Polarizzazione

Affinché il transistor amplifichi correttamente senza distorcere il segnale, deve essere polarizzato, ossia devono essere impostate tensioni e correnti continue “a riposo” (in assenza di segnale) tramite resistenze. Questo fa lavorare il dispositivo nel tratto lineare delle sue curve caratteristiche.

3. 🔌 FET e MOSFET

I transistor a effetto di campo (FET) operano diversamente dai BJT.

🔹 FET (Field Effect Transistor)

È un dispositivo controllato in tensione, non in corrente, presentando un’altissima impedenza di ingresso. I terminali sono:

Gate (G): controlla il passaggio di cariche (analogo alla Base).
Drain (D): analogo al Collettore.
Source (S): analogo all’Emettitore.

Il suo guadagno è chiamato Transconduttanza (Gm), ed è il rapporto tra la variazione di corrente nel Drain e la variazione di tensione applicata al Gate ($\Delta I_D / \Delta V_G$).

🔹 MOSFET

Ha una struttura simile al FET, ma il terminale di Gate è realizzato con una superficie metallica isolata dal canale mediante un sottile strato di ossido di silicio. Questo garantisce un’impedenza d’ingresso ancora più elevata.

4. 💡 I Tubi a Vuoto (Valvole Termoioniche)

Prima dei transistor, le amplificazioni venivano fatte tramite i tubi a vuoto (o valvole). Sono formati da bulbi di vetro al cui interno è praticato il vuoto. Operano riscaldando un filamento, causando l’emissione di elettroni (effetto termoionico).

🔹 Il Diodo a Vuoto

Ha due elettrodi principali: catodo e anodo. Il filamento riscaldatore porta all’incandescenza il catodo, che emette elettroni.

Se l’anodo è positivo rispetto al catodo, attira gli elettroni e scorre corrente.
Se è negativo, li respinge e non scorre corrente. Funge da raddrizzatore.

🔹 Il Triodo

Aggiunge un terzo elettrodo, la griglia di controllo, a forma di spirale, posta tra catodo e anodo.

Una piccola tensione negativa sulla griglia respinge in parte gli elettroni, controllando il flusso di corrente verso l’anodo.
In questo modo, la valvola amplifica i segnali, analogamente a un transistor.

🔹 Il Tetrodo

Aggiunge una seconda griglia (la griglia schermo) tra la griglia di controllo e l’anodo.

Riduce la capacità parassita tra anodo e griglia di controllo, evitando auto-oscillazioni ad alta frequenza.
Polarizzata positivamente, favorisce l’accelerazione degli elettroni e offre maggiore amplificazione.

🔹 Il Pentodo

Inserisce una terza griglia (la griglia soppressore) tra la griglia schermo e l’anodo.

Viene collegata spesso al catodo e serve a respingere verso l’anodo gli “elettroni secondari” rimbalzati dall’anodo stesso a causa del forte impatto.
Questo rende la curva caratteristica più lineare e migliora ulteriormente il guadagno.

🔗 Mappa Concettuale

Transistor BJT → controllato in corrente → NPN / PNP
- Terminali: Base, Collettore, Emettitore
- Beta (Hfe) → fattore di amplificazione di corrente
- Emettitore comune → amplifica V e I
- Base comune → amplifica V, alta frequenza
- Collettore comune → amplifica I, separatore
FET / MOSFET → controllati in tensione, alta impedenza d’ingresso
- Terminali: Gate, Drain, Source
Tubi a Vuoto
- Diodo: catodo, anodo → raddrizzatore
- Triodo: + griglia controllo → amplificatore
- Tetrodo: + griglia schermo → evita oscillazioni e aumenta guadagno
- Pentodo: + griglia soppressore → elimina emissione secondaria e migliora linearità

📝 Punti Chiave

Il BJT (Bipolar Junction Transistor) ha tre terminali: Base, Emettitore e Collettore. Funziona da amplificatore di corrente (la debole corrente di base regola la forte corrente tra collettore ed emettitore).
Il Beta (Hfe) è il parametro che indica il guadagno di corrente (Ic / Ib).
L’Emettitore Comune è la configurazione più usata per ottenere guadagno sia di tensione che di corrente.
I FET e i MOSFET hanno tre terminali (Gate, Drain, Source) e si differenziano dai BJT perché sono controllati in tensione e offrono altissima impedenza d’ingresso.
I Tubi a vuoto basano il funzionamento sull’emissione termoionica da un catodo riscaldato. Il Triodo amplifica grazie alla griglia di controllo; le griglie aggiuntive nel Tetrodo e nel Pentodo ne migliorano le prestazioni, specialmente alle alte frequenze e in termini di linearità.

❓ Domande di Comprensione

Qual è la relazione tra la corrente di base, di collettore e di emettitore in un BJT?
A cosa serve la polarizzazione in un circuito a transistor?
In quale configurazione del BJT non si ha amplificazione di tensione ma solo di corrente?
Qual è la differenza principale tra il controllo di un transistor BJT e un transistor FET?
Qual è lo scopo della “griglia schermo” nel tetrodo rispetto al semplice triodo?
Che funzione svolge la griglia soppressore nel pentodo?

📚 Glossario

BJT (Transistor a Giunzione Bipolare): Transistor basato su due giunzioni PN, controllato in corrente.
Beta (Hfe): Guadagno di corrente in continua di un transistor a emettitore comune.
FET (Field Effect Transistor): Transistor a effetto di campo, controllato in tensione, con alta impedenza di ingresso.
MOSFET: FET in cui il gate è isolato dal canale tramite un sottile strato di ossido.
Transconduttanza ($G_m$): Nei FET, è il rapporto tra la variazione di corrente di Drain e la variazione di tensione di Gate.
Triodo: Tubo a vuoto con tre elettrodi (catodo, anodo, griglia di controllo), usato per amplificare segnali.
Tetrodo: Tubo a vuoto con quattro elettrodi (aggiunge la griglia schermo per migliorare l’amplificazione ad alta frequenza).
Pentodo: Tubo a vuoto con cinque elettrodi (aggiunge la griglia soppressore per abbattere le emissioni secondarie dell’anodo).

📅 Informazioni Lezione

Campo	Valore
Numero lezione	11
Data	27 maggio 2026
Durata	~2 ore
Numero argomenti	4 (BJT, Configurazioni Amplificatori, FET/MOSFET, Tubi a vuoto)
Parole chiave	Transistor, NPN, PNP, Base, Collettore, Emettitore, FET, MOSFET, Triodo, Tetrodo, Pentodo, Amplificazione