Nelle applicazioni di potenza, come nei convertitori statici, le commutazioni avvengono grazie a dispositivi a semiconduttori come BJT, MOSFET, IGBT, SRC ecc.
Le correnti nei semicondutori sono dell’ordine degli 
Gli effetti delle commutazioni vertono inesorabilmente sugli interruttori (sovratensioni e sovracorrenti) pertanto è necessario studiarne le caratteristiche ai fini di garantire l’affidabilità della struttura.
BJT
Il BJT (bipolar junction transistor) è un transistor a giunzione bipolare. La conduzione avviene grazie ai portatori minoritari: un BJT è in conduzione fino a che viene iniettata corrente sulla base (normalmente OFF). La carica è una funzione integrativa della corrente, pertanto un BJT presenterà un polo (nella relativa funzione di trasferimento), ovvero la risposta (variazione corrente di collettore) avverrà in ritardo rispetto allo stimolo di ingresso (variazione corrente di base).
Si distinguono due tipi di transistor NPN e PNP.
La la base (B) è flottante, la struttura è a tutti gli effetti un doppio diodo in controfase. Se si applicasse, in questa condizione, una tensione vce, uno dei due diodi risulterebbe interdetto (polarizzato inversamente): pertanto il BJT è “normalmente OFF” (se non si fornisce corrente alla base, il BJT non conduce).
La non bidirezionalità è data dalla differenziazione di drogaggio tra le regioni C ed E: questo permette miglior interdizione per una tensione vce positiva.
Iniettando corrente nella regione di base (carica minoritaria) la giunzione C-B entra in conduzione. Notare che la carica minoritaria si ricombina con quella maggioritaria (eco spiegato perché pertanto per mantenere il bjt in conduzione è necessario iniettare continuamente corrente).
La corrente di collettore e di base sono correlate dal temine “hfe” definito come guadagno di corrente. Il termine Hfe è piuttosto variabile con la temperatura oltre che a dipendere dalla tensione Vce:
Negli NPN la corrente fluisce dalla base all’emettitore : questo funge quindi da riferimento per chiudere il circuito di pilotaggio.
In pratica la corrente di base ib, necessaria a sostenere la corrente ic è pari a :
Sarà dunque necessaria una potenza di pilotaggio (fornita dal driver) pari a :
Le caratteristiche ingresso-uscita sono definite sperimentalmente.
Ogni retta viene tracciata per una determinata ib. Quando la tensione vce raggiunge Vce0 (tensione di break down primario) si ha la perdita di controllo: viene definita per ib = 0 (base aperta).
Lasciando aperto il collettore (ie=0), si definisce la tensione di break down secondario (pari a quella della giunzione C-B).
Il break down secondario è legato alle “disomogeneità”: localmente la corrente (in prossimità della giunzione) si incanala in zone “preferenziali” (ovvero ove trtova minor resistenza) causando un locale aumento della temperatura e quindi (essendo un conduttore) un calo della resistività locale che favorisce ulteriormente l’eterogeneità della distribuzione di corrente: tale fenomeno, che presenta retroazione positiva, viene chiamato fuga termica.
Viene quindi definita la “SOA”, ovvero l’area di sicurezza (Safety Operating Area), all’ esterno della quale non può cadere il punto di lavoro del bjt (pena, la distruzione).
Essendo i limiti in corrente imposti da vincoli di natura termica ( essendo le inerzie termiche maggiori di quelle elettriche) è possibile uscire dalla S.O.A. per un tempo limitato (qualche microsecondo), rimanendo comunque dentro i limiti dichiarati dal costruttore.
Si possono distinguere tre zone:
* Zona di interdizione;
* Zona attiva;
* Zona di conduzione;
Zona di interdizione
Regione in cui la corrente di collettore è nulla (OFF). Si ha interdizione quando i portatori minoritari nella regione di collettore sono stati opportunatamente drenati. Non essendo omogeneo l’accesso a tali portatori (metalizzazioni localizzate in una regione geometrica) ed essendo la giunzione B-E a natura capacitiva, occorre polarizzare la base in modo da avere correnti ib negative, tali da portare via la carica.
Si noti che si è nella regione di break down secondario.
Zona di saturazione
Il BJT presenta un crollo del guadagno di corrente in prossimità della vce di “miglior conduzione”:
Zona attiva
In zona attiva si ha che la corrente di collettore è proporzionale alla corrente di base tramite il parametro hfe (numero puro dell’ordine delle centinaia).
La tensione vce coincide con Vcc, dunque è imposta. In queste condizioni la corrente di collettore ic dipende da vbe come di seguito illustrato:
Affinchè entri in conduzione è però necessario che la tensione sulla base superi il valore Vth.
Matteo Gentileschi
Lune Elettriche 