2- COMPRENDERE L ELETTRONICA A STATO SOLIDO

Comprendere

l'Elettronica

a

Stato Solido

JACKSON ITALIANA EDITRICE S.r.l. Piazzale Massari, _{22- 20125} Milano

Questo libro viene presentato come parte di un progetto del "Learning Center" della Texas lnstruments realizzato con il contributo principale di William E. Hafford e Eugene W. McWhorter. Altri collaboratori: A.M. Bond, J.S. Campbell, J.R. Carter, Jr., J.E. Chambers, D.L. Garza, D.K. Gobin, G. Keegan, A.L. Feris, W.L. Kenton, L.J. Le Vieux, G.P. McKay, J.R. Miller, E.G. Morrett, R.E. Sawyer, D.C. Scharringhausen, F.H. Walters, D.C. Ward e altri.

Copyright• 1972 Texas lnstruments lncorporated per l'edizione originale in lingua inglese

Copyright• 1979 Texas lnstruments lncorporated per l'edizione italiana

Tutti i diritti sono riservati. Nessuna parte di questo libro può essere riprodotta, registrata o trasmessa in qualsiasi forma o ·con qualsiasi mezzo, elettronico, meccanico, fotocopia, ecc. senza l'autorizzazione scritta della Texas lnstruments lncorporated.

Prima edizione: Novembre 1979

Stampato in Italia da:

PREFAZIONE

Questo libro è stato scritto per coloro che vogliono o hanno la necessità di imparare

l'elettronica-ma non possono dedicare ad essa anni di studio. La difficoltà fonda­ mentale nel realizzare un simile testo, consisteva nello spiegare concetti di ingegne­ ria senza far uso della matematica. l questo libro perciò, troverete solo nozioni di aritmetica elementare. Una seconda difficoltà era costituita dalla necessità di inse­ gnare concetti tecnici a persone senza un'adeguata preparazione. Per questo il libro comincia "da zero" e spiega ogni concetto man mano che si presenta.

Quasi tutti i precedenti tentativi di divulgare argomenti scientifici sotto questa forma hanno lasciato il/ettore con una conoscenza piuttosto superficiale del tema trattato. Tutte le persone che hanno letto questo libro invece, assicurano di essere in grado di non sfigurare anche in conversazioni tecniche con ingegneri elettronici.

In origine, il corso era stato sviluppato sotto forma di un nastro video di 12 ore.

Un suo adattamento è stato pubblicato come una serie di 18 lezioni dalla rivista

"Eiectro-Procurement" e nella pubblicazione interna DallaSite della TI. Migliaia di persone, dal semplice impiegato all'ingegnere meccanico, hanno completato il cor­ so. Tutti hanno riferito di aver tratto profitto dal corso. E il corso ha tratto profitto dai loro numerosi e costruttivi suggerimenti.

Con questa pubblicazione avremo raggiunto il nostro scopo se vi aiuteremo ad essere più efficienti nel vostro lavoro o a gustare il vostro passatempo. Ma avremo raggiunto uno scopo ancora più importante se riusciremo ad accrescere le vostre nozioni relative alla tecnologia che, più di ogni altra cosa, sta plasmando il futuro dell'umanità.

Le informazioni contenute in questo libro sono state scrupolosamente controllate. Tuttavia, non si assume alcuna responsabilità per eventuali inesattezze e per eventuali infrazioni di brevetti o diritti che possano risultare dall'uso di questo libro. Nessuna autorizzazione viene concessa implicitamente o in altro modo su diritti della Texas lnstruments o di altri.

SOMMARIO

Prefazione 3

Capitolo 1 Che cosa fa l'elettricità in ogni sistema elettrico ₇

Capitolo 2 Funzioni dei circuiti fondamentali nel sistema 27

Capitolo 3 Come i circuiti prendono delle decisioni ₄₇

Capitolo 4 Relazioni fra semiconduttori e sistemi 63

Capitolo 5 l diodi: cosa fanno e come funzionano ₈₃

Capitolo 6 Prestazioni e caratteristiche dei diodi ₉₉

Capitolo 7 l transistori: come funzionano e come sono fatti 115

Capitolo 8 Il transistore PNP e le caratteristiche dei transistori 133

Capitolo 9 Thyristori ed opto-elettronica ₁₅₁

Capitolo 10 Introduzione ai circuiti integrati 179

Capitolo 11 Circuiti integrati digitali ₁₉₁

Capitolo 12 _MOS e circuiti integrati lineari ₂₁₁

GLOSSAR I O R E LATIVO AL CAPITOLO 1

Elettroni Minuscole particelle costituenti l'elettricità

Tensione Pressione o densità degli elettroni in un filo e circuito elettrico. Di solito espressa i n voi t (V)

Corrente Flusso di elettroni. Di solito espressa in Ampere (A), milliampere (mA) o micro-ampere (f,lA)

R esistenza Difficoltà nel far passare la corrente elettrica in un filo metallico quando è applicata una tensione. Di solito espressa in ohm (Q) o kiloohms (k Q)

Corrente Continua Flusso di elettroni che va solo in una direzione. Abbreviata: c.c. Corrente Alternata Corrente elettrica il cui flusso si inverte (o si alterna) a intervalli

rego-lari. Abbreviata: c.a.

Frequenza Quante volte al secondo una corrente alternata compie un ciclo completo (tornando indietro e poi andando di nuovo avanti). In passato espressa in cicli al secondo (cpsj e relativi multipli. Oggi espressa nelle unità equivalenti hertz (Hz), kilo hertz (kHz), megahertz (MHz) e gigahertz (Ghz}.

Digitale Metodo di trasmissione delle informazioni in un circuito elettrico commutando la corrente (aperto-chiuso).

Analogico Metodo di trasmissione delle informazioni in un circuito elettrico regolando la corrente o la tensione

Modulazione di ampiezza Varietà di analogico in cui le informazioni vengono trasmesse nel circuito variando (modulando) l'ampiezza o l'altezza delle onde elettriche Modulazione di frequenza Varietà di analogico in cui le informazioni vengono trasmesse

CAPITOLO

CHE COSA FA L'ELETTRICITA'

IN OGNI SISTEMA ELETTRICO

Entriamo nel vivo dello studio dei sem i cond uttori e dei sistem i elettrici con due enu nciati generali che fo rn iscono u n pu nto d i partenza per sem plificare i concetti . I l

primo e n u n ciato è:

Tutti i sistemi elettrici o manipolano le in formazioni, o lavorano, o fanno en­

trambe queste cose. A prescindere dalla reale complessità del sis tema, ogni cosa

che il sistema fa, cade in una di queste ca tegorie-informazione o lavoro.

I l seco ndo e n u n ciato è: Tutti i sistemi elettrici sono organizza ti in modo simile.

Possiamo chiamare q u esto pri ncipio, " I l pri n ci pio del l'organ izzaz ione u n iversale dei sistemi". Ogni sistema può ven i r suddiviso i n tre fondamental i elementi d i orga­ nizzazione: elementi sensori, di decisione e di azione.

I n F i g u ra 1 . 1 abbiamo uno schema a blocchi del "S istema U n iversale". Il siste­ ma deve avere deg l i i n g ressi , come quel l i i n d i cati dal le frecce entranti.

... - -

-- - -

-SENTIRE DECIDERE AGIRE

- - -

-- - -

-Figura 1 .1

T i p i camente, questa i nfo rmazione i n i n g resso è _{n o n - elettrica - come, per}

esem pio, quella otten uta azionando il comando di avvi amento in u n'automobi le. Tra un rettangolo e l'altro dobbiamo q u i n d i avere un flusso di i nformaz i o n i come in­ di cato dalle frecce. Final mente, nello stad i o del l'azione, abbiamo una conversione d i i nformazioni nel l'azione desiderata, come i nd i cato dalle frecce "az i one". Q u esta azione può essere o lavoro o i nfo rmazione in u n a forma desiderata. I l lavoro, per esem pio, può essere dato dal rapido ruotare del l a pu nta, ad opera del motore, in u n trapano elettrico; l ' i nformazione, nel la forma vol uta, può essere d ata dai n u m eri p re­ sentati come risposta i n u n a calco l atri ce elettro n ica da tavolo.

Tutto ciò che fa i l n ostro S i stema U n iversale - e tutto c i ò che fa u n q ualsiasi sistema

elettrico -è _{d i mani pol are l ' i nformazione o compiere un lavoro. Ed i n ogni sistema}

troveremo l ' i m m issione d i i nformazion i , un flusso i nterno d i i nformazioni e delle

azi o n i risu ltanti. U na fam i l i are analogia ci è data dal corpo u m ano. Voi toccate u n a

stufa calda. Le vostre dita sentono i l calore; q u esto è _{l' i m m issione del l ' i nformazione.}

L'i nfo rmazione va al vostro cervello; q u esta è la parte del sistema decisione. Viene

vostro braccio. A q u esto pu nto, l'i nformazione viene convertita nell'azione desi de­ rata, ossia nel rapido a l l o ntanamento del la vostra mano; questo a l lontanamento

del la mano è un lavoro. I n alternativa, sup ponete che la vostra mano resti attaccata

a l l a stufa. I ncapaci di a l lontanarla, voi chiedete ai uto.

Q uesta richiesta può ven i r considerata u na forma d ' i nformazione desiderata, in op­ posizione al l avoro. Ved iamo così che il nostro sistema u m ano, come i siste m i elet­ trici, può essere sudd iviso neg l i stadi di senso, decisione e azio ne.

Avvici n i amoci ora un pò di più all'elettron ica. La F i g u ra 1 .2 presenta u no sche­ m a fu n z i o n a l e o a b l occ h i d i u n s iste m a se m p l ice, m a t i p i co, d i contro l l o

termo-SENTI RE LA TEMPERATURA R E G O LAZI O N E MANUALE

Figura 1 .2

stat i c o per u n' u n ità centrale d i riscal d a m ento. Q u esto sistema deve essere u n d i s positivo sensore d e l l a tem p e ratu ra e u n d i s positivo d i contro l l o c h e p u ò essere reg o l ato per l a tem peratu ra desiderata. Entra m b i q u esti d i spositivi convertono u n ' i nformazione esterna mettendola sotto u n a forma che può essere trattata i nternamente. I l dispositivo senso re di temperatu ra, u na �peci e di termometro!

comu n i ca al sistema quando la tem perau ra ambiente è scesa al di sotto o sal ita al di

sopra del l ivel lo desiderato. Il sistema d i controllo d i ce al sistema qual' è _{i l l ivel l o de­}

siderato. Così q u esti dispositivi convertono u n ' i nformazione esterna in u n ' i nforma­ zione i nterna che può essere trattata dal sistema. S u ccessivamente i l sistema deve fa r uso di q u esti d u e flussi di i nformazioni e arrivare a u n a decisione. l n q uesto caso, è u n a decisione che, in sostanza, d i ce alla valvola del gaso l i o di apri rsi o chi udersi. Se l a decisione è d i apri rs i , l'attuatore del l a valvola converte q u esta i nformazione nel l'azione di spostare le part i piuttosto pesanti del la valvola. Così , anche i n questo caso, vediamo come il nostro sistema è orga n izzato secondo lo schema universale:

Sentire, decidere, agire. I noltre, abbiamo trattato o u n'i nformazione o un lavoro: in­

Facciamo ancora u n esempio. La F i g u ra 1 .3 rappresenta lo schema a blocchi d i un sistema ad alta fedeltà. Per pri ma cosa abbiamo u n ' i m m issione d i seg nale dalla puntina e dal fonorivelatore; questi d ue componenti compiono u n a funzione di ricerca quando i l solco del disco passa sotto la p u nti na.

Abbiamo anche u n ' i m m issione dai comandi manuali del vol u m e e dei ton i . L'i

nfor-w nfor-w

PUNTINA DECIDERE a:: w._

o<z

�N:5

mazione elettrica i nterna proveniente da questi dispositivi di i n g resso va, di sol ito, ad u n preampl ifi catore che, in sostanza, decide cosa l'altoparlante dovrà fare, es­ sendo la decisione basata sul seg nale d'i nformazione in entrata all'ampl ificatore d i potenza. I l seg nale ampl ificato viene passato a l l'altoparlante, che, finalmente, agi­ sce per produ rre i l suono nell'aria. Così , ancora una volta, possiamo d ividere l ' i ntero sistema i n tre sezioni: u n a che sente, u na che decide e u n a che ag isce.

Senti rete adoperare altri term i n i per q u esti tre stad i di un sistema. Adoperiamo i term i n i "senti re, decidere e ag i re" perché essi sono fac i l i da visual izzare ma i term i n i " i m mettere, elaborare ed emettere" sono loro sinon i m i . Senti rete anche adoperare i term i n i " i nterfaccia in i n g resso" e " i nterfaccia in uscita".

Q uesti sono dei term i n i molto appropriati per g l i stad i che sentono e agiscono, poi­ chè q u esti stadi ag iscono come interfacce o " i ntermed iari", convertenti l ' i nfo rma­ zione e i l lavoro fra i l mondo esterno e i l sistema elettrico.

Il dispositivo di controllo di una caldaia e i l sistema ad alta fedeltà sono dei sistem i relativamente sem p l i c i . Ma osservlamo u n calcolatore e ved iamo come q u esta

stes-s a O rgan izzazione U n iverstes-sale estes-sistes-ste i n stes-sistes-stemi p i ù complestes-sstes-si . D a l l a F i g u ra 1 .4 appa­ re che i l calcolatore è, esso pu re, sudd iviso i n tre seg menti tipici.

ORDINI UNITA' DI USCITA l l 1 r---, 1 '---i MEMORIA J---1 L,. _____ .J Figura 1 .4 USCITA

Ma i n q u esto caso com i nciamo a rilevare la maggior complessità del calcola­ tore mostrando che i l blocco d i rilevamento o " i n g resso" è sudd iviso i n d ue sezioni che accolgono d ue flussi d i i nformazione. S i m i l mente, i l blocco d i azione o d i " usci­ ta" è anch'esso d iviso in due part i . Il seg mento che prende l e decisio n i , secondo la term i nologia dell'Organ izzazione U n iversale, è l ' u n ità elaboratrice centrale del cal­ colatore.

IN CHE MODO l SISTEMI FANNO USO DELL'ELETTRICITA' PER MANIPOLARE

LE INFORMAZIONI ED ESE GUIRE UN LAVORO?

O ra che avete afferrato i l co ncetto d i come, i n l i nea di mass i ma, siano organ iz­ zati tutti i sistemi elettrici ed elettronici, la domanda seg uente è: " Come fan n o que­

ste cose i sistemi per mani polare le i nformazioni ed eseg u i re i l lavoro?". 1 sistemi elet­

trici ed elettronici compiono q u este funzioni per m ezzo dell'elettricità, servendosi d i c i rcuiti elettrici che, t i p i camente, i m piegano d e i sem i cond uttori. P i ù avanti, i n q u e­ sto l i bro, parleremo dei c i rcu iti e dei sem icond uttori . M a, fin d'ora, è necessario com p rendere come l'elettricità possa mani polare le i nformazioni ed eseg u i re il lavo­ ro. Che cosa, del l'elettricità, permette di fare q u este cose, la tensio ne, la corrente o altre sue caratteristiche?

L'elettricità è, i n realtà, pi uttosto sem p l i ce, perchè si comporta come u n l i q u i­ do. Essa scorre come l'acq ua. E, come l 'acq ua, tende a rie m p i re o g n i s pazio d ispo­ n i b i l e. L'elettricità è costitu ita da particel le m i n uscole chiamate elettro n i , che esi­ stono in o g n i specie d i materia. In un filo metal l ico, g l i elettroni possono essere pom pati come l'acq ua, da un generatore o da u n a batteria. G l i elettro n i si respi ngo­ no l ' u n l'altro, cosicchè essi tendono a rag g i u n gere la stessa densità in tutti i p u nti di u n circuito, proprio come l'acqua che cerca lo stesso l ivello sotto l'i nflusso della forza di g ravità. Poichè vi sono tante som i g l ianze fondamenta l i fra i l comportamento del­ l'acq ua e q ue l l o del l 'elettricità, possiamo i l l u strare le caratteristiche elettriche, i m­ piegando l'analog ia con u n flusso d'acq ua.

ac-qÙa. Abbiamo u n o rn i n o che manovra una pom pa, che rappresenta l'equ ivalente di u n generatore elettri co.

�

TENSIONE RESISTENZA

Figura 1 .5

M an mano che l ' u omo pompa acq u a da u n estremo a l l 'altro della c h i u sa l'ac­ qua sale di l ivel lo e di pressione a un estremo della ch i u sa e scorre a cercare il l ivel lo p i ù basso a l l'altro estremo della chi usa. L'elettricità fa esattamente lo stesso. Q u an­ do g l i elettron i sono pom pati a l l'estrem ità di un filo, sono costretti ad a m m ucch iarsi rag g i u ngendo u n'alta densità e tendono a scorrere verso la zona di m i nor densità al­ l'altra estrem ità del filo. Questa densità deg l i elettro n i può essere considerata come

u n a pressione e viene m is u rata i n volt. La tensione è l a m i s u ra della pressione deg l i

elettro n i .

Nel com parare l'acq ua al l'elettricità, possiamo vedere c h e l'altezza dell'acq ua nella c h i usa è eq u ivalente alla densità deg l i elettro n i . M a , con l'elettricità, dobbiamo

anche preoccu parci del flusso d i elettro n i , che chiamiamo "corrente". Il flusso d'ac­

qua viene m i su rato i n l itri al m i n uto, il flusso di elettro n i , o corrente elettrica, viene m isu rato i n ampere.

La rel azione fra la tensione e la corrente nei c i rcu iti elettrici è proprio come la relazione fra il l ivel l o dell'acq ua e il flusso in una chiusa. Consideriamo la F i g u ra 1 .6.

Figura 1 .6

S u pponiamo che l a l i nea orizzontale su perio re sia i l l ivel l o d i partenza dell'acq ua nella c h i usa.

S e a u mentiamo l'altezza dell'acq u a a l l'estrem ità d i s i n i stra pompandola per darle velocità, acc resciamo anche la pressione del l 'acq ua a q u e l l 'estremità. In con­ seguenza, l'acq u a scorrerà verso l 'estrem ità di dest ra a una velocità magg iore, - pi ù l itri al m i n uto. Lo stesso accade per l'elettricità. Se accresciamo la differenza d i ten­ sione nel c i rc u ito, facciamo aumentare la corrente o velocità del fl usso elettrico.

C'è un altro fattore che può influenzare sia il flusso d'acq ua che il fl usso d i elet­ tricità. Q uesto fattore è chiamato resistenza. Nel caso del fl usso d'acq ua, la resi­ stenza è prin cipal mente creata dalle proprietà costruttive delle pareti del l a c h i usa.

L'elettricità, come l'acq ua, viene l i m itata nel suo fl usso dal la natu ra del con­ d uttore. In u n a c h i u sa, o in un filo, la resistenza sarà costante fi nchè le caratteristi­ che del cond uttore restano le stesse.

Tuttavia, la resistenza può ven i re alterata. I n F i g u ra 1 .7 si vede come le pareti· latera l i del la ch i usa siano state avvicinate, l i m itando così i l passagg i o del l 'acq ua e facendo q u i n d i aumentare la resistenza.

Figura 1 .7

Possiamo fare lo stesso con i l fl usso d i corrente elettri ca facendo uso d i una resistenza variabile. Cosa succede quando avvic i n iamo le pareti laterial i del la ch i u­ sa?

Se l'uomo conti n ua a pom pare a l l o stesso n u m ero di l itri al m i n uto, l'acq u a di­ venta p i ù alta a u n estrem ità del la c h i usa. La stessa cosa succede con l'elettricità; la d i fferenza d i tensione c resce; essa è mag g i o re ad u n'estrem ità che non a l l 'altra. Co­ sì poss iamo vedere che tensione, corrente e resistenza sono tutte in relazione fra lo­ ro. Se ne cam biate u na, ciò fa cam b iare u n a delle altre d u e o entram be.

L'elettricità, come l'acqua, deve sco rrere per portare u n' i nfo rmazione o ese­ g u i re un lavoro. Per scorrere, essa deve ven i re da qualche parte e andare verso qual­ che altra parte. D i sol ito è conven iente farla scorrere i n u n c i rcolo per tener conto d i q u esto problema, e d è d i q u i che ci viene i l term i n e d i " c i rc u ito elettri co".

Prima di p rocedere, torn iamo per un momento a l l a F i g u ra 1 .5 e osserviamo lo schema del c i rcuito elett rico, rappresentato dalla nostra analogia idraul ica, i l cerch io rappresenta i l generatore. Le l i n ee uscenti da - ed entranti nel -generatore rappre­ sentano i cond uttori ( o fi l i ) . E la sezione a zig-zag i n d ica la resistenza del condutto­ re; q uesto s i m bolo a zig-zag sta anche a i n d icare u n a resistenza.

COME FA' L'ELETTR I CITA' A TRASPO RTAR E POTENZA?

L'ut i l ità del flusso di elettricità consiste nel tras portare energia, o potenza, da u n posto a l l'altro. Q u esta energ i a può ven i re i m m essa in un pu nto e usata i n u n altro pu nto. La F i g u ra 1 .8 è u n'analogia con acq ua che i l l ustra q u esto fatto. L'energ i a vie­ ne immessa nell'elettricità pom pandola da una bassa tensione ad u n'alta tensione. Si rica va energ i a dal l 'elettricità facendola cadere da u n 'alta tensione ad una bassa tensione. USCITA LAVORO INGRESSO LAVORO

-\

I n analog i a con l'acqua, l'energ i a viene convertita nel l'utile lavoro d i segare le­ gna da u na ruota ad acq u a (o turbi na) . Possiamo i m mettere p i ù potenza nella tu rbi­ na au mentando la differenza d i tensione ( l'altezza d i cad uta del l'acqu a) o la corrente ( i l fl usso di acq u a) .

Elettri camente parlando, la pompa che vediamo q u i è rappresentativa d i u n qualsiasi d ispositivo c h e i m mette en� rg ia nel l'elettricità. Conti n ueremo a ch iamarla generatore, che è un d i s positivo che converte energ i a mecca n i ca i n energ i a elettri­ ca. Ma l a pompa i d rau l i ca può eg ual mente rappresentare un m i c rofono, che con­ verte energ i a sonora in energ i a elettrica. La turbina rappresenta un qualsiasi d ispo­ sitivo che riconverte energ i a esterna - per esempio un motore, che produ ce energia mecca n i ca, o un altoparl ante, che prod uce energ i a sonora. Per maggior sem p l icità ci riferiamo general mente a l l a turbina come ad u n motore. La figu ra 1 .8 riporta an­ che l<? schema elettrico eq u ivalente a q u esto sem p l ice ci rcu i to.

Ved iamo ora cosa succede se tog l i amo la ruota dalla cad uta d'acq ua, come in F i g u ra 1 .9. Per q uanto essa abbia a che fare con i l resto del c i rc u ito, non cam bia n u l­ la, se l a tog l iamo l'acq u a conti n ua a scorrere attraverso i l salto della cad uta e l ' u n ica

variante è che n o n s i ottiene ness u n l avoro. L a cad uta d'acqua è ora, sem p l i cemen­ te, l'equ ivalente di una resistenza.

Ma cosa avviene dell'energ i a ( i l lavoro) che viene tuttora i m messa nel l'acqu a dalla pom pa? Essa viene sem p l i cemente d issi pata dall'attrito, o resistenza, nel la cad uta.

USCITA CALORE' Figura 1 .9

E, come og n i attrito, prod uce calore; è là che va a f i n i re l'energ ia, a riscaldare l'acqua e la c h i usa. La stessa cosa avviene nel nostro c i rcu ito elettrico. Ogni d ispositivo, co­ me un motore, che com pie u n lavoro, può essere sostitu ito i n un c i rcu ito da u n a resi­ stenza, senza aver alcun effetto sul c i rcu ito, tranne per il fatto che il lavoro che po­ trebbe essere compi uto viene invece sprecato sotto forma di calore e la resi senza si riscalda. E' q u esto il modo i n cui lavorano gli elementi a riscaldamento elettrico e i ti­ lamenti delle lampadi ne.

Il p u nto è che og n i q u a lvolta l'elettricità scorre da una tensione più alta a u n a tensione p i ù bassa - avvenga ciò s o l o da u n estremo a l l'altro del filo o attraverso una resistenza o attraverso u n motore o quals iasi altro d i s positivo - ne deve ven i re ener­ g i a. Se n o n s i recu pera l'energ i a sotto fo rma d i l avoro o d i a l t ro , essa risca l d a i l

f i l o o i l d ispositivo. Nello schema d i F i g u ra 1 .9 vediamo q u esto calo re, rappresenta­ to con delle frecce, irrad iato dal l a resistenza.

IN CHE COSA DIFFERISCE LA CORRENTE ALTERNATA DALLA CORRENTE CONTINUA?

Nei c i rcuiti visti fi nora, la co rrente scorre i n u n a d i rezione.

Questa corrente è chi amata "corrente contin ua" o "c.c.". Un c i rcu ito a corrente al­ ternata lavora esattamente come u n c i rcu ito a corrente cont i n u a, tranne per i l fatto che occorre u no speciale generatore per pompare co rrente prima in una d i rezione, attraverso i l c i rcu ito e i l motore e poi nel l'altra d i rezione. E u no speciale motore vie­ ne usato per recu perare lavoro dal la co rrente d i retta nel l ' u na o nell'altra d i rezione.

l n F i g u ra 1 . 1 O è rappresentato u n c i rcu ito a co rrente alternata i n forma i d ra u l i­ ca. Questo circu ito è equ ivalente al circu ito con m otore e generatore a co rrente conti n u a già visto in F i g . 1 .8. La pompa s peciale rappresenta un generatore in c.a. La pala, o pistone, col legata alla leva di po m pag g i o spinge l'acq u a prima i n u na di

re-Figura 1 .1 0

zione e poi nell'altra.

Ciò prod uce u n a tensione più alta pri ma su u na faccia della pala e poi s u l l'altra, co­ sicchè la corrente che c i rcola nel c i rc u i to e scorre nel motore i nverte alternativa­ mente l a sua d i rezione.

Questa pompa, come la sua eq u ivalente in c.c., i m mette energ i a nel l'elettricità. Il motore in c.a. è rappresentato da u n'altra pala fu nzionante come un p istone e portata da una leva, proprio come i l generatore. Q uando la tensione è p i ù alta s u l l a faccia s i n i stra c h e su quella del l a pala, q uesta si sposta verso destra facendo scorre­ re u na certa corrente verso destra; poi i l generatore rende l a tensione s u l l a faccia di destra p i ù alta e la pala e la corrente si spostano verso s i n i stra. L'acq u a l avora d u­ rante o g n i col po della pala e i l lavoro, i n q u esto caso, viene util izzato per segar le­ g na.

CHE COSA E' LA FREQUENZA ELETTRICA?

La freq uenza di u na co rrente alternata non è altro che la m is u ra di q u a nto spesso essa cam b i a d i rezione, cioè q uante volte al secondo u n a corrente compie u n

"ciclo" completo, g i rando i n senso i n verso e poi andando di nuovo i n avanti. U n ci­

clo al secondo viene c h i amato un "hertz" . (Ved i F i g u ra 1 . 1 1 ). Natu ral mente, i circuiti

elettrici rea l i fan no uso d i freq uenze molto p i ù elevate d i quelle che sarebbero possi­ b i l i con i l nostro model lo i d ra u l i co.

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UN CI CLO Figura 1 .1 1

Senti rete parlare d i k i l o hertz, cioè d i m i g l iaia di c i c l i al secondo, di megahertz, cioè di m i l iard i di cicl i al secondo, di g i gahertz, b i l l io n i di cicli al secondo. C O M E SI CONTROLLA LA POTENZA?

O rmai dovreste ave re u n ' i dea abbastanza chi ara del modo in c u i l'elettricità sco rre e tras porta potenza, per c u i fa remo u n altro passo avanti. Questa potenza

può essere contro l l ata per far funzion are il sistema nel modo vo l uto.

C i sono due modi per contro l l are la potenza. I l primo modo è d i controll are sem p l i ce mente la q uantità d i potenza che i m m ettete nel ci rcuito. Nella nostra ana­ logia i d rau l i ca del la pompa e del la ru ota ad acq ua, la potenza fornita alla sega viene contro l l ata dalla potenza fornita alla pom pa. Se l'a m i n o pompa vigorosamente, più potenza viene fo rn ita dalla ruota. Se eg l i ral l enta, meno potenza viene forn ita dalla ruota.

Tipicamente, però, la potenza a d isposizione dei sistemi non è contro l l ata alla sua sorgente.

I l seco n d o modo di control l a re la potenza è q u e l l o di farlo in un certo p u nto del c i rcu ito d iverso dalla sorgente di potenza e q u esto è un modo p i ù comu ne. La Fi­ g u ra 1 . 1 2 chiarisce come ciò può essere fatto - si noti l'a m i n o con la paratia scorre­ vole. S i s u p ponga che l'uomo alla pompa l avori a u n ritmo costante; come faremo a fa r variare la potenza di tag l i o del la sega? Facendo scorrere la paratia dentro o fuori, l'uomo al control lo può strozzare o aprire i l flusso d'acq ua nella c h i usa. Così l'uomo a l l a paratia scorrevole contro l là la potenza che aziona la sega. Eg l i può far an dare la sega velocemente o lentamente; può metterla i n m oto o fermarla.

L'uomo alla paratia dà una rappresentazione di tutto ciò che può essere fatto al flusso d i elettricità entro u n c i rcu ito, fra la sorgente d i potenza e i l pu nto d i uti l izzazio­ ne. I l flusso può essere ridotto o abil itato e interrotto. Q u esto sem p l i ce concetto� così i m portante da ricordare, quando consideriamo i n q u a l i modi si possa usare l'e­ l ettricità, che val la pena d i ri pete rio i n altre parole: Noi possiamo fare solo due cose all'ele ttricità fra la sorgente di potenza e il punto d'uso: Possiamo commutarla, abili­ tandola o in terrompendo/a o possiamo regolar/a, come quando facciamo variare la resistenza.

L o schema d i F i g u ra 1 .2 rappresenta q uanto detto i n term i n i elettri c i . Esso i n d i ca il generatore ( pom pa) e il motore ( ru ota) . Tra l ' u n o e l'altro, nel c i rcu ito, vi è la resistenza variabile ( paratia) ; questa resistenza variabile può anche ag i re come u n i n terruttore aperto-ch i u so.

G EN +

Figura 1 .1 2

Finora n o n abbiamo detto molto sui sem icond uttori e v o i potrete c h i ederci cos'ab­ bia a che fare tutto ciò con i sem ico nd uttori .

La risposta a q u esta domanda è che u n a certa con oscenza dei sem p l i c i concetti es­ senziali vi fo rn i rà le basi fondamentali o, se volete, un certo m odo d i pensare, che sem p l i ficherà di molto la vostra comprensione dei sem icond uttori . Per esem pio, u n a volta che vi siete resi conto che o g n i sistema può essere suddiviso i n sezioni re­ l ative al sent i re, al dec idere e all'ag i re, è faci l e comprendere e ricordare dove i vari ti­ pi di sem iconduttori abbiano più probabil ità d i essere usat i . Voi potete capi re per­ chè i sensori del la l uce si trovino pri nci pal m ente nel l a parte "sentire " di u n sistema. Potete vedere perchè la sezione "decidere " contenga pri nc i pal mente diodi, transi­ stori e c i rcuiti integrati per p i cco l i segnal i . Ed è fac i l e vedere perchè i semicondutto­ ri di potenza si t rovino pri n c i p i mente nelle sezioni "agire " nonchè in c i rcu iti che for­ niscono potenza a tutto i l sistema. Date q u este necessarie basi, voi potete vedere, per esempio, pe rchè l ' i nformazione i n u n sistema sia general mente man i polata da

d i spositivi p e r seg n a l i picco l i e perchè i l lavoro sia, p i ù spesso, contro l l ato da semi­ cond uttori d i potenza. Ma, a q u esto pu nto, è necessario ampl iare le nostre bas i .

I N FORMAZ I O N E E LAVORO N E l SISTE M I ELETTR I C I

Possiamo trattare del lavoro i n fretta, poichè abbiamo visto esempi d i l avoro quando abbiamo d iscusso i pri n c i p i base del l'elettricità. Convertendo la nostra ana­ logia i d ra u l ica i n term i n i elettrici , possiamo d i re che, nei sistemi elettric i , i l lavoro è dato dalle prestazi o n i i nerenti ad u n'operazione ben vis i b i le - u n motore elettrico che solleva q ualche cosa, un riscal datore elettrico che fornisce calore, una lam pad i­ na che i l l u m i n a una stanza.

La l i nea di separazione fra l avoro e i nformazione non è sem pre nettamente defi n ita ­ dopo tutto, la stessa lampad i n a che i l l u m i na u n n u mero s u l pan nello i n d icatore di u n o stru m ento avrebbe a che fare con l'informazione - ma possiamo d i solito fare la distinzione richiesta c h i edendoci " q u al'è lo scopo pri n c i pale del l 'azione? l l lavoro o l ' i nformazio ne?"

l l lavoro, così com'è eseg u ito da un sistema elettrico, i m p l ica dei quantitativi di potenza rel ativamente g ran d i . Una com u n e lampad i n a in casa, per esempio, richie­ de t i p i camente p i ù d i cento watt di potenza. Le sezioni d i i n formazione di u n siste­ ma, d'altra parte, richiedono t i p icamente solo pochi m i l l iwatt - pochi m i l les i m i di Watt. M a anche se il mani polare u n ' i nformazione richiede molto meno potenza di q u e l l a ric h i esta dal lavoro, esso viene tuttora eseg uito i n u n o dei due modi p rece­ dentemente menzionati; l'elettricità può ven i r com m utata o regolata. Ved iamo co­ me q u esti d u e m etod i possano ven i re usati per invi are l ' i nformazione.

COM E VIENE INVIATA L'I NFORMAZI O N E CON I L M ETODO D I G ITALE? I l metodo che i m p l ica l'i nvio di informazioni per commutazione è chiamato

"metodo digitale " (o n u m erico ) . Tutti i calcolatori digitali modern i usano q uesto

metodo d i trasm issione delle i n formazion i . Per contro, il metodo di i nviare i nforma­ zioni per regolazione è c h i amato " metodo analogico". Radio, g i radisch i e calcolato­ ri analogici danno deg l i esem p i di i nformazioni trasmesse con il metodo analog ico.

Poichè il m etodo d i g itale è alq uanto più sem p l i ce da capi re, lo considereremo pe r primo. l calcolatori d i g ital i usano lo stesso metodo d i trasm issione i m piegato da un sem p l i ce c i rcu ito teleg rafico.

Esa m i n i amo le basi logiche del cod i ce tel eg rafico, per vedere come potremmo usare tale tecnica i n u n calcolatore. La F i g u ra 1 . 1 3 rappresenta lo schema di un sem p l i ce c i rc u ito telegrafico d i vecch i o tipo. L'al i mentazione è data da u na batteria, che pom pa elettro n i a una tensione più elevata su un lato del c i rcu ito che non s u l l'al­ tro. I l sem p l ice i nterruttore, nel lo schema, è il tasto del trasmettitore telegrafico. E come ricevitore abbiamo fatto uso d i u n sempl ice cical ino.

Nello schema, l ' i n terruttore è i n posizione d i aperto. Poichè la tensione, da entrambi i lati del c ical i n o, è la stessa, i l ri cevitore è m uto. Q uando sch iacciamo i l tasto c h i u­ dendo l'i nterruttore, la tensione dal lato interrutto re del ri cevitore sale, facendo c re­ scere i l f l u sso d i co rrente ed azionando i l cical i no. Q uando l'i nterruttore ritorna i n posizione d i aperto, i l flusso d i corrente si arresta e i l cical i no d iventa s i lenzioso. Possiamo d i re, a l lora, che è una variazione d i tensione nel filo che porta l'info r­ mazi one. Possiamo visual izzare ciò, come i n d i cato i n F i g u ra 1 .1 4. l l l ivel lo del l e l

i-nee orizzonta l i i n basso rappresenta l a tensione zero, i l che sign ifica che l'interrutto­ re è aperto. Q uando si c h i ude l ' i nterruttore, la tensione sale al l ivel l o p i ù alto i n d i

ca-�

����

��

C5J

t,

to dalle l i nee orizzontali su periori. Se l'i nterruttore viene c h i uso per u n tempo breve, si ha un pu nto di cod ice M o rse. Se esso viene c h i uso per un periodo p i ù l u ngo, si ha

u n a l i n ea. La c u rva i n d i cata dà un pu nto-li nea, che in cod ice M o rse è u n a "A". Tutto

ciò sem p l i cemente c h i udendo e aprendo l ' i nterruttore.

Ved iamo ora come q u esto metodo d i g itale funzion i in un calcolatore. l calco­ latori d i g ital i sono dest i n ati a man i pol are n u meri e non lettere. Ma i n u meri in cod i ce M o rse sono i ngombranti, con ( i n cod i ce i nternazionale) c i n q ue caratteri per ogni ci­ fra, per cui i calcolatori fan no uso d i u n cod i ce p i ù efficiente, chiamato "cod ice a nu­ meri bi nari".

Ecco come funziona. D i sol ito si s u p pone che u na bassa tensione rappresenti uno zero; u na ten s i o n e p i ù alta rap p resenta q u i n d i un u no. La F i g u ra 1 . 1 5

rappre-•

_Il__ll__

Figura 1 .1 4

Figura 1 .1 5

senta la c u rva del le tensio n i . Poiché tutto ciò c h e noi possiamo trasmettere i n codi­ ce binario sono deg l i zeri e deg l i u no, come possiamo estrarre una q ualsiasi i nfor­ mazione dal cod ice? I n Figu ra 1 . 1 6 si può vedere u n a parola d i c i n q u e bit; og n i zero o u no è chiamato u n " bit" e u n dato n u mero d i bit costituisce u n a parola. Q u esta pa­ rola di c i n q u e bit ci servi rà da esempio, anche se i calcolatori tipici fan no uso di pa­ role di 32 bit. Leggiamo q u esta parola come un n u m ero in çodice bi nario. I l primo

bit leggendo da destra, sta per uno; i l secondo bit, per 2; i l terzo, per 4; i l quarto per 8; il q u i nto per 1 6. O ra si pensi ag l i zeri come se stessero per " n o " ed ag l i u n o per "si". Così , possiamo leggere la parola da destra a s i n istra, in q u esto modo: sì , abbiamo uno. No, non abbiamo u n d ue. Sì , abbiamo u n q u attro. No, non abbiamo u n otto. Sì , abbia m o u n sed i c i . Somm iamo i valori c h e abbiamo, come abbiamo fatto s u l l a l i nea di fondo della fig u ra, e avremo ventuno. Così , ventuno è il n u m ero rappresentato dalla parola 1 01 01 in cod ice b i n ario.

16 8 4 2 1 1 o 1 o 1

lili

Figura 1 .1 6

E ' fac i l e vedere come s i a poss i b i l e sommare altri b i t a l l a s i n i str'a . i l prossimo bit rap presenterà trentad ue, quello dopo, sessantaq uattro, quello dopo ancora, cento­ ventotto, etc. l n q u esto modo, possiamo trasmettere n u m eri g randi a pi acere. E, na­

turalmente, possiamo anche cod ificare delle frazioni deci mal i . i calcolatori d i g ital i

fanno uso di molti altri cod i c i , come quello deci male a cod ificazione b i n aria, i l cod i­ ce G ray e, per le lettere, i l cod i ce H o l l erith. M a tutti questi cod ici fanno uso solo di zeri e d i uno, per cui sono tutti cod ici b i n ari. " B i nario" sign ifica "a due stati": aperto o

c h i uso (sì o no) .

Q uesto sempl ice pri n c i pio d i trasmissione delle i n formazioni d i g ital i è rimasto lo stesso del sistema tel eg rafico di vecc h i o tipo fi no ai p i ù modern i e potenti calcola­ to ri d i g itali d i ogg i . Avrete probabi l mente sentito parlare del l 'algebra Booleana - è u n i ntero sistema di matematica complessa basato s u l conteg g i o b i n ario, che per­ mette ai calcolatori d i eseg u i re calco l i altamente sofisticat i .

C O M E V I E N E TRASMESSA UN'I NFORMAZI ONE C O N I L METODO ANALOG ICO?

Poiché i sol i due metodi per contro l l are il flusso di elettricità consistono nel com mu­ tarlo o nel regolarlo e i l metodo d i g itale fa uso del la com m utazione, ne seg ue che il solo altro metodo a d isposizione deve i m piegare la regolazio ne. Così è, ed esso vie­ ne c h i amato " m etodo analogico". Per spiegare i l metodo analogico, possiamo far uso sostanzial mente dello stesso ci rcu ito che abbiamo i m p iegato nel discutere i l metodo d i g itale. Tuttavia, i n F i g u ra 1 .1 7 , abbiamo r i m p iazzato i l sem pl ice i nterrut­ tore del metodo d i g i tale con u n a resistenza variabile per reç�olare la tensione. Ed in­ vece d i u n cica l i n o , facciamo uso d i u n voltmetro (q uesto è u n o stru mento d i m i s u ra speci ale, u n g alvanometro la c u i scala è cal i b rata i n Vo lt) . Così , ora, la resistenza va­

riab i l e regola la tensione nel la l i nea che va al Voltometro.

In q u esto metodo analog i co, u na m i s u ra del l'elettricità nella li nea dà d i retta­ mente i l n u m ero che vog l iamo trasmettere. Se, per esempio, p ren d i amo, al posto del

n u mero, u n a misu ra del l ivel lo d i tensione, abbiamo u n sistema analog ico d i tensio­ ne. S u pponiamo di regolare la tensione portandola a 1 0,5 Volt, medi ante la resisten­ za variabi le. A l l ora, quando legg iamo il voltmetro, leggeremo effettivamente il n u­ mero 1 0,5. O p p u re, mettendo a pu nto i l cod i ce con i l ricevitore, si potrà avere i l doppio d i 1 0,5 o i l q uad rato d i 1 0 , 5 , etc. Se avremo variato la ten sione regolando l a resistenza variabile f i n o a portarla, mettiamo, a 2 ,36, trasmetteremo u n n u mero d i­ verso.

.----,--

--Ili

- ₊

Figura 1 . 1 7

Un g randissimo n u mero d i sistem i elettrici i m piega il metodo analogico di ten­

sione per trasmetfere i nformazio n i . La magg ior parte deg l i i n d i catori di l ivel lo del

carbu rante, di vecch io ti po, nelle automo b i l i , funziona in q u esto modo: u n galleg­ g i ante nel serbatoio della benzina contro l l a la resistenza variabi le. I l variare del l ivel­ lo della benzina, varia la tensione che va a l l ' i n d i catore. Questo, i n realtà, è un volt­ metro, la cui scala è marcata da vu oto a pieno, anziché i n Volt. U n altro esempio d i d ispositivi analogici di tensione è dato d a i calcolatori analog i c i , i n c u i la tensione sta al posto dei n u meri o del le funzioni matematiche di n u meri. E nei telefo n i in c u i la tensione sta al posto del la p ressione fl uttuante del l 'aria, che l'orecch i o i nterpreta come suono.

Figura 1.1 8

S i

p

tensione. l sistem i analogici d i corrente, per esem p i o , funzionano nel lo stesso modo dei siste m i analogici d i tensione, tranne per i l fatto che d i pendono da m i s u re di corrente anziché d i tensio ne.

U na i nteressante varietà di siste m i analogici di tensione è q uella chiamata ad "analogia di ampiezza" - o, p i ù comu nemente, a " mo d u lazione di ampiezza". I n F

i-g u ra 1 .1 8 abbiamo sostitu ito a l l a batteria di F i i-g u ra 1 . 1 7 u n i-generatore d i co rrente al­ ternata.

O ra, i l voltmetro osci l lerà costantemente, i n q uanto i l generatore prod uce una tensione alternata, p ri m a alta, con la corrente che va i n u na d i rezione, poi bassa, q uando la corrente va nel l'altra d i rezio ne.

Evidentemente, in questo caso non possiamo stabi l i re un l ivel l o di tensione costan­ te, ma possiamo m i s u rare l'altezza, o ampiezza, del le onde.

Facendo variare la resistenza, possiamo far variare l'altezza delle onde, come i n F i g u ra 1 . 1 9. Così possiamo far sì che le ampiezze prendano i l posto dei n u meri

Figura 1 .1 9

che vog l iamo trasm ettere. L e rad io i n A M prendono i l l o ro nome dal fatto che funzio­ nano i n base al pri n c i p i o del la mod u l azione d'am piezza.

Un altro metodo analog i co è quello del la modu lazione di freq uenza. Q u esta tecn ica è i m piegata nel le rad i o a FM . Esso d i pende da onde, come I'AM . Ma, invece

di misurare l'altezza del l e onde, misuriamo la loro frequenza. O nde a FM sono rap­

presentate in F i g u ra 1 .20. S u pponiamo che le onde a l l'estrema sin istra, che sono

Figura 1 .20

ravvici nate, rappresentino d i eci cilci al secondo ( d i eci Hertz). E su ppon iamo che le onde prossi m e all'estrema destra, dove sono p i ù distanziate, abbiano variato la loro freq uenza al val ore metà, ossia a c i n q u e Hertz. O ra noi abbiamo rappresentato i n u­

meri dieci e cinq ue.

V i sono ancora altri metod i analog i c i , natu ral m ente, ma quel l i che abbiamo desc ritto sono d i g ran l u nga i p i ù usati, In breve, possiamo d i re che tutti i metod i analogici sono basati s u l l a regolazione d i varie proprietà del l 'elettricità. Per contro,

tutti i metodi digitali sono basati s u l l a com m utazione dell'elettricità (aperto­

chiuso).

Nel capitolo seg uente ved remo che cosa avviene nei tre rettangoli "sent i re", "decidere" e "ag i re". Prima di andare avanti, però, perché non rispondere ai q u esiti

relativi al capitolo 1 ? Troverete le risposte nelle u ltime pag i ne d i q u esto l i bro. R i­ spondendo ai q u esiti riportati a l l a fine d i og n i capitolo, potrete accertarvi d i aver ac­ q u isito le i n formazioni che vi occorre conoscere per trarre pieno p rofitto dalle d i­ scussioni che seg u ono.

1 . a. D b. D c. D d.

Q U ES ITI RELATIVI AL CAPITOLO 1

Tutti i sistemi elettrici ed elettronici sono stati studiati e costruiti per·

M ani polare le i nformazioni ·

Compiere u n lavoro

Fare u n a delle due cose o entra m be N u l l a d i tutto ciò

2 . l tre elementi fon damental i d i tutti i sistemi elettrici sono:

a. Sent i re, dettag l i a re, ag i re D b. Sent i re, decidere, ag i re D c. I m mettere, ag i re, emettere D d. Senti re, decod ificare, ag i re D e. N u l l a d i tutto ciò

3 . Perché l'elettricità com pia u n lavoro, gli elettro n i devono:

D a. Ven i r com m u tati

D b. Cam bi are alternativamente d i rezione D c. Essere d i qual ità molto buona

D d. Scorrere da una tensione elettro n i ca più alta ad u n a p i ù bassa D e. N u l l a di tutto ciò

4. Tre dei p i ù i m portanti fattori che contro l l ano i l fl usso d i elettro n i i n u n c i rc u ito

sono:

D a. Tensione, corrente e resistenza

D b. Resistenza, reattanza e corrente D c. Tensione, corrente e potenza

D d. Tensione, fo rza elettromotrice e corrente D e. N u l l a di tutto ciò

5. F ra l a sorgente d i potenza e i l p u nto d i uti l izzazione, tutto c i ò che p u ò

accadere all'elettricità è :

D a. P u ò cambi are alternativamente d i rezione D b. La sua tensione può cambiare

D c . Può man i polare le i nformazioni D d . Può ven i r com m utata e regolata D e. N u l l a di tutto ciò

6. Anal9g ico e d i g itale si riferiscono ai due modi i n c u i l'elettricità può:

D a. Ven i r com mutata D b. Ven i r regolata D c. Portare i nformazioni D d. Scorrere come acq u a D e. N u l l a d i t utto ciò

7. I n cod ice b i n ario, u n " bit" s i g n ifica: D a. 1 0 D b. 1 D c. 1 oppure O D d. 2 D e. N u l l a d i tutto ciò

8 . L'energ i a elettrica sprecata viene dissi pata i n :

D a. V i brazioni D b. Calore

D c. Eccessivo flusso d i co rrente D d. Resistenza

D e. N u l l a di t utto ciò

9. L'au mento del l a resistenza i n circuito fa s1 che i l fl usso d i elettro n i

D a. D i m i n u isca D b. Si arresti D c. Accel eri

D d . R i manga costante D e. N u l l a d i tutto ciò

1 0. La freq uenza del la corrente alternata è la rapid ità con c u i la corrente

elettrica cambia d i rezione, e viene m i s u rata i n : D a. Am pere

D b. Watt

D c. Hertz D d. O h m

G LOSSAR I O R ELATIVO AL CAPITOLO 2

Emettitore ( regione N) La regione, in un transistore NPN, che emette un numero relativa-mente grande di elettroni, mentre un numero relativarelativa-mente piccolo di elettroni viene estratto dalla base (regione P)

Base ( regione P) Area, in un transistore NPN, da cui vengono estratti degli elettroni per far scorrere corrente in un circuito.

Collettore (regione N) La regione di un transistore N P N che raccoglie gli elettroni emessi e li fa passare attraverso un conduttore, completando il circuito elettrico. Circuito di controllo Un circuito a bassa potenza usato per comandare l'elemento

com-mutatore o regolatore in un circuito di lavoro a potenza "più elevata.

Circuito di lavoro Un circuito che fornisce potenza elettrica a un dispositivo che compie un lavoro o trasmette informazioni.

Amplificatore Sostanzialmente è il nome dato a un transistore o a un circuito che regola il flusso di elettroni in contrapposizione con la commutazione del flusso.

Modulatore Circuito di tipo amplificatore la cui uscita è una copia delle onde elettriche oscillanti al suo ingresso, tranne per il fatto che l'ampiezza (altezza) delle onde in uscita è modulata (controllata) da un secondo ingresso. (Questo è un modulatore d'ampiezza, e ha la funzione circuitale più importante in un trasmettitore radio in AM).

Oscillatore Ha una funzione circuitale di tipo amplificatore, la cui uscita è una corrente o una tensione regolarmente fluttuante (oscillante).

CAPITOLO

FUNZIONI DEl CIRCUITI

FONDAMENTALI NEL SISTEMA

Adesso che abbiamo analizzato le caratteristiche com u n i d i tutti i siste m i , siamo i n g rado d i parlare dei c i rcuiti. Poiché dovremo u n po' saltare avanti e i n d i etro fra i va ri l ivel l i in c u i è organizzato un sistema, mettiamoci c h iaramente in mente q u esti l ivel­ l i . l l l ivel lo organ izzativo più alto è il sistema ( u n sistema radar, un televisore, un oro­ l o g i o , u na rad i o) ; entro og n i sistema vi sono tre stadi (''senti re", "decidere", "ag i re") ; entro og n i stad io vi sono uno o più circuiti ( c i rcu ito sinton izzatore, c i rcu ito contatore, c i rcu ito senso re del la l u ce); entro ogni c i rc u ito vi son o u no o p i ù compo­

nen ti (transistori , diodi, radd rizzatori, c i rcuiti i n teg rati , resistenze, condensatori ) .

Così u n particolare sistema h a solo tre stad i , ma p u ò avere m i g l iaia d i c i rc u iti e m i­ l io n i d i componenti.

M olto d i ciò che tratte remo i n q u esto capitolo è basato su un u n ico fatto che abbiamo appreso nel capitolo precedente: vi sono solo due cose che possono esse­ re fatte all'elettricità fra u n a sorgente d i potenza e u n pu nto d i uso - essa può ven i r com m u tata o regolata.

Nel primo capitolo, abbiamo discusso alcuni metodi elementari di com m uta­ zione e di regolazione. Abbiamo visto che la potenza elettrica può ven i r reg olata da u n a resistenza variabi le. Un tipo com u n e d i resistenza variabile è i l potenziometro. Facendo ru otare il perno del potenziometro, possiamo variare il valore della resistenza e così d i m i n u i re o au mentare la l u m i nosità d i u na sorgente l u m i nosa o controllare i l vol u m e d i u na rad io. E abbiamo visto come possiamo far uso di u n i n terruttore azionato a m a n o per trasmettere d e i m essagg i telegrafici.

M a è evidente che la comm utazione e la regolazione manuale sono total mente inadatte per l'elett ron ica moderna. Come potremo costru i re u n sistema uti lizzabile i n p ratica s e ci occorreranno u n a comm utazione e d u n a regolazione manuale i n· m i­ g l i aia d i c i rc u iti d iversi? La risposta, natu ral mente, è che non potremo costru i re al­ cun sistema che sia appena un po' sofisti cato. I l g rande avve n i mento che ha reso poss i b i l e l'elettro n i ca moderna è stata l ' i nvenzione del tubo a vuoto o valvola. Esso ha forn ito un metodo per contro l lare la potenza elettrica con mezzi elettrici anziché con m etodi meccanici o manuali. Il g rande vantag g i o della valvola è q u e l l o di poter com p iere q u este operazioni d i com m utazione e d i regolazione ad alta velocità, m i­ l i o n i d i volte al secondo.

L'i nvenzione del transistore, a sua volta, ha apportato dei g randi m i g l ioramenti rispetto a l l a valvola. O g g i , esso è alla base di tutta l'elettro n ica moderna. I l transisto­ re compie le stesse funzioni di u na valvola: comm uta e regola con mezzi elettri ci. N ei confronti della valvola, tuttavia, i l transistore presenta molti i m portanti vantagg i : non rich iede co rrente d i filamento, è molto piccolo e leggero, è meccan icamente ro­ busto e d i l u nga d u rata, funziona a tensioni o p port u namente basse, p u r potendo cond u rre delle correnti relativamente elevate ed ha una affidab i l ità m i g l iaia di volte

su periore a quella del la valvola. P i ù avanti, esa m i neremo in dettag l i o il transistore e le sue applicazio n i , ma, per ora, ci l i m iteremo a considerare come funzioni base del transistore, le sue capacità di com m utazione e di regolazio ne.

CHE COSA FA LAVORAR E OGNI STADIO DI U N SISTEMA?

O g n i stadio di un sistema è com posto da u n o o p i ù c i rcuiti - di tipo e n u m ero

variabile a seconda del fine e della com plessità del sistema. Q uesti c i rcuiti, operanti si ngol armente e collettivamente, permettendo al sistema di lavorare nella man iera

desiderata. Ed è per mezzo della com m utazione e della regolazione che facciamo

funzionare i c i rcuiti come rich i esto. Per comprendere i c i rcu iti veri e propri, dobbia­ mo, per pri ma cosa, vedere come si com porta i l loro compo nente fondamentale, i l

transistore, e cosa esso f a n e l c i rcu ito. l n F i g u ra 2 . 1 è _{i n d i cata la d isposizione circui­}

tale più generale, che è anche quella fondamentale. N oterete che si tratta dello stes­

so c i rcu ito usato nel capitolo 1 .

SORG ENTE DI POTENZA

. ll

�

Esso h a u n a sorgente d i potenza, u n d ispositivo d i lavoro e u n control lo, come abbiamo già visto, è un dispositivo che com m uta o regola. Ved iamo ora come u n transistore possa ven i r usato come regolatore i n q u esto stesso c i rcu ito.

Poiché gli i ngegneri elettronici chiamano i transistori del tipo regolatore "am p l i­ tlcatori", d'ora i n poi useremo i l term i ne "ampl ificatore".

Prima d i mettere u n transistore ampl ificato re i n q u esto c i rc u ito ved iamo come

u n transistore è _{costruito. I l nocciolo di og n i transistore} è _{un pezzett i n o di materiale}

sem iconduttore, per lo p i ù german io o s i l icio. Come appare dalla sezione di un tra n­ sistore rapp resentata i n fi g u ra 2.2 i l transistore ha su bito u n processo d i lavorazione tale, per cui esso ha tre d isti nte sezion i , o reg i o n i , di "tipo P" o di "tipo N". Ved remo

p i ù avanti cosa s'i ntende per P e N.

Q uesto transistore è del tipo N P N . Descriveremo i n seg u ito anche u n altro ti­

po, il P N P . Si può fare ag i re questo pezzo di materiale sem iconduttore come una re­ sistenza variabile o u n interruttore. S i può far sì che esso conduca co rrente, ne ridu­ ca parzial mente i l passagg i o o lo blocchi i nteramente.

Ved iamo come ciò avvenga, mettendo la sezione del nostro cond uttore nel lo schema base del nostro c i rcu ito, come i n d i cato in F i g u ra 2.3. La nostra sorgente d i

ali mentazione è _{ancora una batteria e supponiamo c h e i l c i rcuito venga uti l izzato}

per ali mentare u n altoparlante. Col leg h iamo allora u n microfono alla reg ione P del transistore.

Fintanto che i l microfono non è i nserito nel circuito, non succede niente. I l tran­

sistore blocca sem p l i cemente il flusso di elettri cità d i retto dalla batteria all 'altopar­ lante. Per far scorrere la corrente, dobbiamo sottrarre deg l i elettro n i e questa reg io­ ne centrale, chiamata " base", per permettere alla corrente stessa d i sco rrere da una reg ione N all',altra. Q uanti più elettro n i sottrarremo, tanta più corrente sco rrerà. U na delle due reg i o n i N viene chiamata "emettitore", perché, q uando estraiamo degli elettron i dalla base, q u esta reg ione emette deg l i elettro n i att raverso la reg ione di

base. L'altra reg ione N è _{chiamata " collettore", perché essa} è _{la reg ione i n cui gli}

elettro n i che scorrono ven gono raccolti, per poi passare, l u ngo i l filo, all 'altoparlan­ te.

N oterete che, in F i g u ra 2.3, abbiamo anche riportato un fi lo dal microfo no al­ l'emettitore del transistore. Abbiamo dovuto far ciò per dare ag l i elettroni sottratti

r---e---1

11

EMETTITORE BASE

COLLETTORE

Figura 2.3

dalla base un posto dove andare, facendoli tornare all'emettitore; vi ricorderete che nel capitolo 1 abbiamo detto che l'elettricità sco rre in un c i rcu ito solo se ha qualche po­ sto da cui ve n i re e q u alche posto dove andare. Q uesto fi lo agg i u ntivo ha completato quello che viene c h i amato il " c i rcu ito di control lo".

O ra che avete ben chi aro i l concetto d i c i rcu ito, possiamo anche adottare dei criteri p i ù professionali e sostitu i re lo schema del l a sezione del transistore con il suo s i m bolo vero e p roprio, come abbiamo fatto in F i g u ra 2.4. In q u esto s i m bolo, la

MICROFONO (0-5 mW) FLUSSO ELETTRONI (0-500 mW) r---... ----1_

Il

l i n ea verticale rappresenta l a base, la d iagonale sem p l ice ra ppresenta i l col lettore e l a d i agonale con l a frecci a rappresenta l'emettitore. La freccia del l'emettitore è sem­ pre in senso opposto al flusso di elettro n i . I l s i m bo l o è completato da un cerch io, ma lo stesso s i m bo l o senza cerchio ha l' identico sign ificato.

IN CHE MODO UN TRANSISTORE _FUNZIONA COME AMPLIFICATORE?

I m pieg heremo la Figu ra 2.4 per d i mostrare come funziona u n transistore am­ p l i fi catore. Abbiamo detto che una delle straord i narie qual ità di un transistore è la sua capacità d i contro l lare la potenza elettrica, con mezzi elettrici. In q u esto esem­ pio, il contro l l o elettrico verrà otten uto per mezzo di un m i c rofono, d i s positivo, q u e­ sto, che può produ rre u na corrente elettrica fluttuante corrispondente a delle onde sonore fluttuanti. M a il m i c rofono può produ rre solo un esi g u o fl usso di potenza. Se lo col legass i m o direttamente ad un altoparlante, proba b i l mente non sentire m m o al­ cun suono neppu re p remendo l'orecch i o contro l'altoparlante. Ma, con i l sem p l i ce c i rcu ito che vedete i n F i g u ra 2 .4, potrete produ rre u n suono abbastanza forte da svegl iare i vici n i di casa.

Tanto per dare u n ' idea, su ppo n i amo che il microfono erog h i u na potenza che va da zero a c i n q ue " mW" ('' u n mW" vuoi d i re m i l l iwatt, cioé un m i l les i m o di Watt ) . Ma la potenza prodotta dal l a batteria nel c i rc u ito principale può andare d a zero a 500 m i l liwatt.

S u pponiamo ora che u n ' u n ica onda sonora col p i sca il microfon o e d i a ori g i n e a u n a potenza resa d i t r e m i l l iwatt. I l m i c rofono provoca u n affl usso d i elettron i d a u n a tensione p i ù bassa ( reg ione d i base) a u n a tensione p i ù alta (emettitore) . Ades­ so, per effetto della corrente di base, u n a corrente rel ativamente g rande scorrerà at­ traverso la reg ione di base dall'emett itore al col l ettore e proseg u i rà l u ngo la l i nea, attraverso la bob i n a dell'altoparlante. l n q uesto modo, i l fl usso di corrente n e l l'alto­ parlante verrà contro l l ato, o a m pl ificato, in misura esattamente proporzionale al

se-gnale molto m i n ore del m i c.r�fo no. 1 1.

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re u n valore tipico d i 300 m 1 1 1 1watt; C I O s1gn 1f1ca che 1 tre m 1 l l 1watt d 1 potenza prodotti

dal m icrofono sono stati ampl ificati di cento volte.

Figura 2.5

S u pponi amo ora che u na seconda o nda sonora co l pisca il m i crofono. Sia essa corrispondente a un suono p i ù debole, tale da prod u rre u na potenza in uscita di due m i l l iwatt. Un m i n o r n u m ero di elettroni scorre nel ci rcu ito di control lo, per cui u n m i­ nor nu mero d i elettro n i viene sottratto a l l a reg ione d i base e, q u esta volta, i l valore del la potenza che sco rre nel transistore e nel l'a ltoparlante è d i solo 200 m i l l iwatt. Ciononostante, essa è stata ampl ificata di cento volte.

I n tutti i casi, fra i valori esistenti nel c i rcu ito di contro l l o e q u e l l i presenti nel c i rcuito di lavoro esiste una buona p roporzional ità.

In altre parole, la potenza nel c i rcu ito d i lavoro sarà sem pre, in sostanza, una rep l ica del la potenza nel c i rcu ito di control lo - ma molto a m p l if i cata. P ossiamo vi­ sual izzare i l processo con le tracce d i tensione rappresentate i n F i g u ra 2.5. Se la traccia prodotta dal m i c rofono si presenta come i l m i n usco lo g h i rigoro i n d icato a si­

nistra, la traccia del seg nale che va dall'altoparlante avrà l'aspetto del grosso g h i rigoro i nd i cato a destra - u na copia p recisa del seg nale p i ccolo, ma molto ampl ificata.

E' ora il momento di sottol i n eare u na delle caratteristi che del transistore, che lo rende così utile nell'elettronica moderna. Le onde son ore fl u ttuano m olto rapida­ mente a freq uenze che arrivano a ci rca 30.000 c i c l i al secon d o (30 k i l o hertz) . l l tran­ sistore ha la capacità di reag i re ad og n u n a di q ueste rapide fl utt u az i o n i . l nfatti i tran­

sistori ad alta freq uenza possono reag i re miliardi di volte al secondo.

I N CHE MODO U N TRANSISTORE FUNZIONA COME INTERRUTTORE? O ra che abbiamo visto il transistore nel funzionamento d i regolazione o di am­ pl ificazione, esa m i n iamone il fu nzionamento come interruttore. I m piegheremo an­ cora una volta un ci rcu i to teleg rafico come quello rappresentato in F i g u ra 2 .6. An­ cora una volta, abbiamo una batteria come sorgente d i potenza, un c i ca l i n o come uti lizzatore e u n transistore nel c i rc u ito d i lavoro. Adesso, nel c i rcu ito d i controllo, abbiamo u n i nterruttore al posto del m icrofo no.

Poichè l ' i nterruttore non può generare potenza, abbiamo u n a batteria nel c i r­ cu ito d i control lo. l resistori a zig-zag nel c i rcu ito d i contro l l o rappresentano l a

resi-stenza al suono i n cento c h i lometri d i filo. Q uesta res iresi-stenza riduce la potenza del circu ito di contro l l o i n m i s u ra tale che, dopo cento c h i lometri , non ne rimane abba­ stanza per az ionare il c i cal i n o . Ma la potenza residua fornisce energia suffi ciente per azion are u n transistore.

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+L

1-

Così , q uando si sch iaccia il tasto del trasmettitore, u na piccola corrente d i elet­ tro n i viene estratta dalla base del transistore una corrente molto maggiore sco rre nel c i rcu ito di l avoro e il cical i n o suona. Q u esto transistore fu nziona come u n inter­ ruttore nel c i rcu ito d i lavoro.

A q u esto pu nto, è il caso d i sottol i n eare un fatto i m portante relativo ai transi­ stori: og n i transistore ha la capacità di commutare la corrente del c i rcu ito d i lavoro i n apertura e i n c h i us u ra o d i ri d u rre i l flusso ("regolarlo") di q uesta corrente a valori i nte rmed i fra piena conduzione e i nterruzione. l n altre parole, i transistori sono mol­ to s i m i l i ai co m u n i ru b i nett i . Potete chi uderli completamente, apri rl i com p l etamente o apri rli solo parzialmente. I l solo motivo per c u i u n transistore N PN assom i g l i a a u n interruttore ideale p i ù c h e a u n a m p l i fi catore ideale è dato d a l fatto c h e esso h a u na certa "tensione di sogl ia" di pressione deg l i elettroni, che deve ven i r prodotta alla base del c i rc u ito di contro l l o in modo che scorra u n a q u antità apprezzabile di corrente (T ratteremo di ciò nel capitolo 7 ) .

Q uesto dà l u ogo al q u esito: cosa determ i n a s e u n transistore i n u n c i rcu ito particolare ag isce come un i nterruttore o come un ampl ificatore? La risposta è che pri n c i pal m en te il c i rc u ito di contro l l o deter m i n a c i ò " . Per esem p i o , confron­ tiamo le sezioni d i "contro l l o" del c i rcu ito a m p l i fi catore in F i g u ra 2.1 e del c i rcu ito i nterruttore, in Fig u ra 2.6. Nel c i rcu ito ampl ificatore, il m icrofono ( p u rché esso rag­

g i u nga la tensione di "sogl ia") genera una corrente che fl uttua dovu nque fra lo zero e la piena potenza. M a nel c i rcuito i nterruttore, abbiamo invece u n a batteria e u n in­ terruttore. Q u ando l'interruttore è aperto, i l transistore è " i nterdetto" . E quando l ' i n­ terruttore è c h i uso ( perchè la batteria rag g i u nga la tensione d i "sog l i a") , i l transisto­ re è in "co n d uzione". C i ò permette a l l a corrente di lavoro di scorrere in m isura proporzionale a l l a corrente di co ntrol lo perman ente e i n variabi le. ( l n teo ria, sceg l i a­ mo u n transistore che sia "completamente i n conduzione" - o, come si suoi d i re, " i n satu razione" -·q u ando scorre questa q uantità d i corrente). I n altre parole, i l m i c rofo­ no fa sì che u n transistore " regoli" mentre i l tasto del trasmettitore e la batteria fan no sì che l'altro transistore "co m muti".

Benchè un transistore possa sia comm utare che regolare, normal mente esso è costru ito i n m odo da fare u n a d i q u este due cose m eg l i o dell'altra. N e seg ue che

senti rete parlare di certi transistori, come "co m m utatori" e di altri, come "ampl ifica­ tori" . Per esempio, dei buoni transistori ampl ificatori hanno u n g uadag n o d i corren­ te ( g rado di ampl ificazione) stabile e moderato. Ma la mag g i o r parte del le applica­ zioni a com m utazione rich iede del le elevate velocità di an data i n conduzione e a l l ' i nterd izione e del l e basse perd ite (questi concetti verra n n o trattati nel Capitolo 8) .

Poiché i calcolatori d i g ital i sono prevalentemente basati su transistori commutatori, potete rendervi conto del g rande valore dei transistori nell'elettro n i ca.

COM E COMPRENDERE DEl CIRCUITI PIU' COMPLI CATI?

La nostra discussione sul c i rcu ito ampl ificatore e sul c i rcu ito com m u tatore si è basata su due c i rcu iti elementari molto sem plici. Se l i costruiste, trovereste le loro prestazioni deludenti.

Un u n ico transistore era il solo compo nente a sem icond uttore i n og n u no dei due c i rcuiti e voi sapete bene che anche u n sem p l i ce sistema d i q u esto tipo, come u na rad io a transistori , contiene almeno sei o sette transistori. I noltre, voi sapete che u n t i pico sistem a com p rende n o n solo dei transistori , m a anche altri com ponenti, come diodi, condensatori , resistenze, i n d uttanze ed altri componenti. Il prossi mo passo che faremo, è di tornare al c i rcu ito fo ndamentale e renderlo costruttivamente p i ù com p l esso e sofisticato - i n altre parole, p i ù tipico. P e r ora, non c i fermeremo a spie­ gare ogn u no dei componenti diversi dai transistori. M a non vi preoccu pate se non potrete comprendere tutti i c i rcu iti man mano che proced iamo. L'obiettivo princi pa­ le, a q u esto pu nto, è di arrivare a una val utazione di alcu n i dei molti modi in cù i i se­ mi cond uttori possono funzionare i nsieme nei c i rcuiti, per prod u rre i risu ltati vol uti.

�l c i rcu ito d i F i g u ra 2.7 è u n pò più complesso fra tutti q u el l i finora vist i . T utta­ via riconoscere il c i rcu ito di lavoro a destra e i l c i rcu ito d i contro l l o a sin istra è abbastanza faci le.

Abbiamo contradd isti nto la sorgente di potenza con la lettera " G " , che sta per gene­ ratore. I n realtà, la potenza potrebbe ven i re da u n a presa a parete o da cel le solari i n u n sate l l ite. U na sorgente d i potenza p u ò essere u n a q ualsiasi cosa c h e pompi elet­ tro n i .

Ci occorre una seconda sorgente d i potenza, n e l circu ito d i controllo e abbiamo con­ trasseg n ato anche q u esta con "G" ma, come avete visto in un precedente esempio, essa potrebbe essere u n m icrofono. Abbiamo contrasseg nato i l n ostro dispositivo di lavoro nel p u nto di uti l izzazione con " M " , che sta per m otore.

S u pponiamo di voler regol are la velocità del motore - non da fermo a piena po­ tenza, ma da metà potenza a piena potenza. l n altre parole, vog l i amo che il motore g i ri almeno a metà potenza tutto i l tempo, anche se non pompiamo ness u n elettrone fuori dal la base, g razie al generatore nel c i rcu ito di controllo. Per compier ciò, pos­ siamo agg i u ngere i l c i rcu ito d i co ntrol lo e i n seri re u n a resistenza di u n certo valore; in questo modo, real izziamo un " c i rcu ito di polarizzazione" e un n u m ero sufficiente di elettro n i verrà sem p re estratto dal l a base per mantenere i l motore a m età velocità. Q u i ndi, q ua�:�do pomperemo dal generatore di control lo, estrarremo ancora più elet­ tro n i , cosicchè la velocità del motore aumenterà al d isopra del la " m età potenza."

Adesso, agg i u n g iamo u n componente accessorio nel c i rcu ito di lavoro. S u p­ poniamo che i l generatore p roduca più corrente d i quanta i l m otore possa portare senza su rriscaldarsi. U na resistenza i n serita nel c i rcu ito di lavoro fra il transistore e i l motore o i n q u a ls i as i p u nto del c i rcu ito d i lavoro - l i m iterà la corrente e i m ped i rà i l

G

+

Figura 2.7

su rriscaldamento del m otore. S u p poniamo ancora che i l generatore sia u n genera­ tore in c.a. ma che i l nostro motore sia i n c.c. Abbiamo q u i n di i nserito u n d iodo ( ret­ tificatore) nel c i rc u ito vicino al generato re. Q uesto d ispositivo permette ag l i el ettro­ ni di sco rrere solo i n u n senso, co nvertendo la co rrente alternata che proviene dal generatore in u na co rrente conti nua per i l motore. D i remo, per i n c iso, che l a freccia nel s i m bolo del rad d i rzzatore è d i retta i n senso opposto al fl usso di elettro n i .

E, final mente, s u p p o n i a m o che i l nostro motore sia molto g rande. I l nostro transistore d i control l o deve, a l l o ra, essere d i t i p o g rosso e ad alta potenza per poter portare il forte fl usso d i corrente. Ma supponiamo che il nostro generatore di contro l l o non abbia la capacità d i prelevare abbastanza el ettro n i dal la base per azio­ nare i l transistore. Usiamo sem p l i cemente u n transistore p i ù piccolo, a bassa poten­

za, che può ven i re azionato dal generatore di contro l l o per primo e facc iamo sì che

questo transistore, a �ua volta, contro l l i il transistore ad alta potenza. Potete vede­ re ora come l a resistenza d i polarizzazione mantenga i l transistore p i ù piccolo a me­ tà potenza e come i l transistore p i ù piccolo mantenga i l transistore d i potenza nel c i rcu ito di l avoro a m età potenza, per mantenere i l motore funzionante a metà po­ tenza anche quando il generatore di contro l l o non prel eva elettro n i .

An cora u n a volta può essere c h e non abbiate potuto compren dere completa­ mente q u esta confi g u razione c i rc u itale, ma non vi preoccu pate, q u esto è solo u n esempio d i c o m e i componenti a semicond uttori possano ven i re i m p i egati i n vari mod i per far fronte a svariate condizion i . Abbiamo an cora i l funzionamento fon da­ mentale da c u i siamo partiti; tutti i c i rc u iti ag g i u ntivi costituiscono un c i rcu ito am­ plificatore che fa variare l a velocità del motore, da metà potenza a piena potenza.

Avvertenza: _{non costru ite questo o q ualsiasi altro dei circuiti contenuti in q u e­}

sto l i b ro per u n uso effettivo. Q u esti c i rcuiti sono stati sem p l ificati per scopi d idattici e mancano le agg i u nte necessarie per farli funzionare bene.