Le dispositif et le principe de fonctionnement du transistor

L'importance pratique du transistor bipolaire pour l'électronique et l'électrotechnique modernes ne peut être surestimée. Les transistors bipolaires sont utilisés partout aujourd'hui : pour générer et amplifier des signaux, dans les convertisseurs électriques, dans les récepteurs et émetteurs et dans bien d'autres endroits, il peut être répertorié depuis très longtemps.

Par conséquent, dans le cadre de cet article, nous n'aborderons pas tous les domaines d'application possibles des transistors bipolaires, mais ne considérerons que le dispositif et le principe général de fonctionnement de ce merveilleux dispositif à semi-conducteur, qui à partir des années 1950 a transformé toute l'industrie électronique et depuis les années 1970 ont largement contribué à l'accélération du progrès technique.

Un transistor bipolaire est un dispositif semi-conducteur à trois électrodes qui comprend trois bases de conductivité variable comme base. Ainsi, les transistors sont de types NPN et PNP. Les matériaux semi-conducteurs à partir desquels les transistors sont fabriqués sont principalement : le silicium, le germanium, l'arséniure de gallium et autres.

Le silicium, le germanium et d'autres substances sont initialement des diélectriques, mais si vous leur ajoutez des impuretés, ils deviennent des semi-conducteurs. Des ajouts au silicium tels que le phosphore (un donneur d'électrons) feront du silicium un semi-conducteur de type N, et si du bore (un accepteur d'électrons) est ajouté au silicium, alors le silicium deviendra un semi-conducteur de type P.

En conséquence, les semi-conducteurs de type N ont une conduction électronique et les semi-conducteurs de type P ont une conduction de trou. Comme vous l'avez compris, la conductivité est déterminée par le type de porteurs de charge actifs.

Ainsi, une tarte à trois couches de semi-conducteurs de type P et de type N est essentiellement un transistor bipolaire. Attachés à chaque couche se trouvent des bornes appelées : Emetteur, Collecteur et Base.

La base est une électrode de contrôle de la conductivité. L'émetteur est la source des porteurs de courant dans le circuit. Le collecteur est l'endroit en direction duquel les porteurs de courant s'engouffrent sous l'action de la FEM appliquée à l'appareil.

Les symboles des transistors bipolaires NPN et PNP sont différents dans les schémas. Ces désignations ne reflètent que le dispositif et le principe de fonctionnement du transistor dans le circuit électrique. La flèche est toujours tracée entre l'émetteur et la base. La direction de la flèche est la direction du courant de commande qui est introduit dans le circuit émetteur de base.

Ainsi, dans un transistor NPN, la flèche pointe de la base vers l'émetteur, ce qui signifie qu'en mode actif, les électrons de l'émetteur se précipiteront vers le collecteur, tandis que le courant de commande doit être dirigé de la base vers l'émetteur.

Dans un transistor PNP, c'est tout le contraire : la flèche est dirigée de l'émetteur vers la base, ce qui signifie qu'en mode actif les trous de l'émetteur se précipitent vers le collecteur, tandis que le courant de commande doit être dirigé de l'émetteur vers le base.

Voyons pourquoi cela se produit. Lorsqu'une tension positive constante est appliquée à la base d'un transistor NPN (de l'ordre de 0,7 volt) par rapport à son émetteur, la jonction pn base-émetteur de ce transistor NPN (voir figure) est polarisée en direct, et la barrière de potentiel entre la jonction collecteur-base et la base émetteur diminue, maintenant les électrons peuvent la traverser sous l'action de la FEM dans le circuit collecteur-émetteur.

Avec un courant de base suffisant, un courant collecteur-émetteur apparaîtra dans ce circuit et s'accumulera avec le courant base-émetteur. Le transistor NPN s'allumera.

La relation entre le courant de collecteur et le courant de commande (base) est appelée gain de courant du transistor. Ce paramètre est donné dans la documentation du transistor et peut varier d'unités à plusieurs centaines.

Lorsqu'une tension négative constante est appliquée à la base d'un transistor PNP (de l'ordre de -0,7 volt) par rapport à son émetteur, la jonction base-émetteur np de ce transistor PNP est polarisée en direct, et la barrière de potentiel entre le collecteur- jonction base et base-émetteur diminue, maintenant les trous peuvent se déplacer à travers elle sous l'action de la FEM dans le circuit collecteur-émetteur.

Notez la polarité de l'alimentation du circuit du collecteur. Avec un courant de base suffisant, un courant collecteur-émetteur apparaîtra dans ce circuit et s'accumulera avec le courant base-émetteur. Le transistor PNP s'allumera.

Les transistors bipolaires sont couramment utilisés dans divers dispositifs en amplificateur, barrière ou interrupteur.

En mode boost, le courant de base ne tombe jamais en dessous du courant de maintien, ce qui maintient le transistor dans un état conducteur ouvert à tout moment. Dans ce mode, les faibles oscillations de courant de base initient des oscillations correspondantes à un courant de collecteur beaucoup plus élevé.

En mode clé, le transistor passe d'un état fermé à un état ouvert, agissant comme un interrupteur électronique à grande vitesse. En mode barrière, en changeant le courant de base, le courant de charge inclus dans le circuit collecteur est contrôlé.

Voir également:Commutateur électronique à transistor - Principe de fonctionnement et schéma