Il transistor è un componente elettronico che ha sconvolto l’elettronica, perché con esso è stato possibile realizzare tutti i dispositivi elettronici che conosciamo oggi. A livello fisico, il suo funzionamento interno è molto complesso ma, in pratica, utilizzare un transistor in alcuni semplici esperimenti è piuttosto facile e alla portata di tutti.
Il transistor
Con questo componente elettronico, utilizzato ancora oggi, è molto semplice costruire dispositivi utili come, ad esempio, lampade che si accendono automaticamente quando fa buio o segnalatori acustici che emettono un suono quando l’altezza dell’acqua, in un recipiente, raggiunge un determinato livello. Per utilizzare un transistor occorrono solo alcuni resistori aggiuntivi di opportuno valore. Esso è uno dei componenti più importanti di tutta l’elettronica ed è formato da tre terminali, la base, il collettore e l’emettitore (B, C, E). Nel suo funzionamento più semplice, esso lavora come un interruttore. La base serve per comandare tale interruttore mentre la corrente transita dal collettore all’emettitore. I terminali dei transistor non sono disposti tutti nello stesso modo, ma cambiano da modello a modello. A differenza di un normale interruttore, il transistor ha bisogno di un segnale molto basso per essere attivato. Questo vuol dire che si può attivare un carico molto elevato (lampade potenti, motori e altro) con uno sforzo molto ridotto. La figura 1 illustra il principio di funzionamento del transistor. Se una piccola corrente scorre sulla base (piccole formiche), sul collettore scorre una grande corrente (grandi elefanti). In pratica il transistor riesce ad amplificare il segnale. Ovviamente tale energia non è creata dal nulla, ma proviene direttamente dalla batteria.
In altre parole, se un po’ di corrente scorre alla base di un transistor, esso riesce a rendere “collegati” tra loro il collettore e l’emettitore, come se esso fosse un interruttore chiuso. In questo modo una grande corrente può transitare. Esistono diversi tipi di transistor, ma per i nostri esprimenti generici può essere utilizzato qualsiasi tipo di componente sul mercato. A ogni modo, in ogni schema elettrico, è mostrata la sigla del componente da utilizzare o anche una sigla alternativa, con le stesse caratteristiche.
Esperimento delle mani che conducono la corrente elettrica
Questo esperimento dimostra come la pelle delle mani sia capace di permettere il passaggio della corrente elettrica, non sufficiente per illuminare un diodo LED. Il corpo umano, infatti, conduce corrente in base al suo stato di umidità:
- un corpo umano perfettamente asciutto conduce poca corrente e la sua resistenza è di circa 2 megaOhm;
- un corpo umano mediamente asciutto ha una resistenza di circa 500 kiloOhm;
- un corpo umano molto bagnato conduce molta corrente e la sua resistenza è di circa 100 kiloOhm;
- se poi il liquido è unito al sale da cucina, la resistenza scende ancora di più, meno di 20 kiloOhm.
Per questo motivo, con le mani bagnate, non si devono toccare gli elettrodomestici. Per questo esperimento, il cui schema elettrico e cablaggio sono visibili in figura 2, si procurino i seguenti materiali:
- una pila da 9 V;
- un diodo LED di qualsiasi colore;
- un resistore da 100 Ohm (colori marrone, nero, marrone). Esso serve come precauzione per la protezione del diodo LED;
- un transistor 2N3904;
- due puntali da tester (opzionali).
Il circuito funziona in maniera molto semplice. Il transistor lavora come una specie di interruttore. Se i puntali vengono toccati con le due mani umide, una debole corrente scorre dal polo positivo alla base del transistor, passando proprio per il corpo umano (corrente base-emettitore). Tale piccola corrente viene amplificata dal transistor che provvederà a illuminare il diodo LED con una corrente molto più forte (corrente collettore-emettitore).
Senza il transistor il diodo LED non si illumina
Una domanda potrebbe sorgere spontanea: “si possono usare le mani per effettuare il collegamento diretto tra la pila e il diodo LED?”. La risposta è ovviamente negativa, in quanto la corrente che scorre tra le mani è molto debole e non è sufficiente ad accendere il diodo luminoso. In figura 3 è mostrato proprio questo concetto. Come detto prima, il corpo umano è come una resistenza elettrica di elevato valore ohmico ma il transito degli elettroni attraverso esso non è sufficiente ad accendere il diodo LED in modo diretto.
Uno dei parametri fondamentali del transistor è il suo gain. Esso rappresenta il tasso di amplificazione che il transistor riesce a effettuare sul segnale di ingresso. Per esempio, se la corrente che scorre attraverso le mani è di 0.000041 ampere (si legge anche 41 microAmpere) e la corrente che scorre attraverso il diodo LED è di 0.012 ampere (si legge anche 12 milliAmpere), il guadagno del transistor è dato dalla divisione tra questi due valori, ossia:
In altre parole, in questo circuito e con questo transistor, la corrente di base è stata amplificata e ingrandita di 292.68 volte. Proprio come una lente di ingrandimento che ingrandisce una immagine oppure come un “car jack” che con la forza di pochi chilogrammi delle braccia riesce a sollevare una automobile molto pesante.
Conclusioni
E’ interessante approfondire il circuito con una variante dell’esperimento. Nell’accensione del diodo LED possono anche intervenire due o tre bambini che si danno la mano, proprio come un girotondo. Solo i bambini che stanno agli estremi della catena possono toccare i puntali del circuito elettrico. Con molta sorpresa si vedrà che il LED si accenderà ugualmente.
