- Que sont les transistors?
- De quoi est composé un transistor?
- Comment fonctionne le transistor?
- Différents types de transistors:
- Transistor bipolaire de jonction (BJT)
- Que sont les configurations de transistors?
- Transistor à effet de champ (FET):
- Transistor à effet de champ de jonction (JFET)
- Transistor à effet de champ à oxyde métallique (MOSFET):
- Modes de polarisation pour les transistors:
- Applications des transistors
Car notre cerveau est composé de 100 milliards de cellules appelées neurones qui sont utilisées pour penser et mémoriser des choses. Tout comme l'ordinateur, il existe également des milliards de minuscules cellules cérébrales nommées transistors. Il est composé d'extrait d'élément chimique du sable appelé silicium. Les transistors changent radicalement la théorie de l'électronique puisqu'ils ont été conçus plus d'un demi-siècle auparavant par John Bardeen, Walter Brattain et William Shockley.
Alors, nous allons vous dire comment ils fonctionnent ou ce qu'ils sont réellement?
Que sont les transistors?
Ces dispositifs sont constitués d'un matériau semi-conducteur qui est couramment utilisé à des fins d'amplification ou de commutation, il peut également être utilisé pour contrôler le flux de tension et de courant. Il est également utilisé pour amplifier les signaux d'entrée dans le signal de sortie d'étendue. Un transistor est généralement un dispositif électronique à semi-conducteurs composé de matériaux semi-conducteurs. La circulation électronique du courant peut être modifiée par l'ajout d'électrons. Ce processus amène les variations de tension à affecter proportionnellement de nombreuses variations du courant de sortie, amenant l'amplification à l'existence. Tous les appareils électroniques mais la plupart ne contiennent pas un ou plusieurs types de transistors. Certains des transistors sont placés individuellement ou bien généralement dans des circuits intégrés qui varient en fonction de leurs applications d'état.
«Le transistor est un composant de type insecte à trois pattes, qui est placé séparément dans certains appareils, mais dans les ordinateurs, il est emballé à l'intérieur en millions de nombres dans de petites micropuces»
De quoi est composé un transistor?
Le transistor se compose de trois couches de semi-conducteur, qui ont la capacité de retenir le courant. Le matériau conducteur d'électricité tel que le silicium et le germanium a la capacité de transporter l'électricité entre les conducteurs et l'isolant qui était entouré de fils en plastique. Les matériaux semi-conducteurs sont traités par une procédure chimique appelée dopage du semi-conducteur. Si le silicium est dopé avec de l'arsenic, du phosphore et de l'antimoine, il obtiendra des porteurs de charge supplémentaires, c'est-à-dire que les électrons sont connus sous le nom de semi-conducteur de type N ou négatif, tandis que si le silicium est dopé avec d'autres impuretés comme le bore, le gallium, l'aluminium, il obtiendra moins de porteurs de charge, c'est-à-dire des trous, sont appelés semi-conducteurs de type P ou positifs.
Comment fonctionne le transistor?
Le concept de travail est la partie principale pour comprendre comment utiliser un transistor ou comment il fonctionne?, Il y a trois bornes dans le transistor:
• Base: elle donne la base aux électrodes du transistor.
• Emitter: les porteurs de charge émis par celui-ci.
• Collecteur: Chargez les porteurs collectés par cela.
Si le transistor est de type NPN, nous devons appliquer une tension de 0,7 v pour le déclencher et comme la tension appliquée à la broche de base, le transistor s'active, ce qui est la condition polarisée en direct et le courant commence à circuler à travers le collecteur vers l'émetteur (également appelé saturation Région). Lorsque le transistor est en état de polarisation inversée ou que la broche de base est mise à la terre ou n'a pas de tension, le transistor reste à l'état OFF et ne permet pas au courant de circuler du collecteur à l'émetteur (également appelée région de coupure).
Si le transistor est de type PNP, il est normalement à l'état ON mais ne doit pas être dit parfaitement allumé jusqu'à ce que la broche de base soit parfaitement mise à la terre. Après la mise à la terre de la broche de base, le transistor sera en état de polarisation inverse ou dit qu'il est activé. Au fur et à mesure que l'alimentation fournie à la broche de base, elle cesse de conduire le courant du collecteur à l'émetteur et le transistor dit être à l'état OFF ou à l'état polarisé en direct.
Pour la protection du transistor, nous connectons une résistance en série avec lui, pour trouver la valeur de cette résistance, nous utilisons la formule ci-dessous:
R B = V BE / I B
Différents types de transistors:
Nous pouvons principalement diviser le transistor en deux catégories: transistor bipolaire à jonction (BJT) et transistor à effet de champ (FET). De plus, nous pouvons le diviser comme ci-dessous:
Transistor bipolaire de jonction (BJT)
Un transistor à jonction bipolaire est composé d'un semi-conducteur dopé à trois bornes, c'est-à-dire une base, un émetteur et un collecteur. Dans cette procédure, les trous et les électrons sont tous deux impliqués. Une grande quantité de courant passant dans le collecteur à l'émetteur bascule en modifiant le petit courant de la base aux bornes de l'émetteur. Ceux-ci sont également appelés dispositifs contrôlés par courant. NPN et PNP sont deux parties principales des BJT comme nous l'avons vu précédemment. BJT est activé en donnant une entrée à la base car il a l'impédance la plus basse pour tous les transistors. L'amplification est également la plus élevée pour tous les transistors.
Les types de BJT sont les suivants:
1. Transistor NPN:
Dans la région médiane du transistor NPN, c'est-à-dire, la base est de type p et les deux régions externes, c'est-à-dire l'émetteur et le collecteur, sont de type n.
En mode actif direct, le transistor NPN est polarisé. Par la source CC Vbb, la jonction base-émetteur sera polarisée en direct. Par conséquent, à cette jonction, la région d'épuisement sera réduite. La jonction du collecteur à la base est polarisée en inverse, la région d'appauvrissement du collecteur à la jonction de base sera augmentée. Les porteurs de charge majoritaires sont des électrons pour un émetteur de type n. La jonction base-émetteur est polarisée en direct afin que les électrons se déplacent vers la région de base. Par conséquent, cela provoque le courant d'émetteur Ie. La région de base est mince et légèrement dopée par des trous, une combinaison électron-trous se forme et certains électrons restent dans la région de base. Cela provoque un très petit courant de base Ib. La jonction de collecteur de base est polarisée en sens inverse vers les trous dans la région de base et les électrons dans la région de collecteur mais elle est polarisée en direct vers les électrons dans la région de base. Les électrons restants de la région de base attirés par la borne de collecteur provoquent un courant de collecteur Ic. En savoir plus sur le transistor NPN ici.
2. Transistor PNP:
Dans la région médiane du transistor PNP, c'est-à-dire, la base est de type n et les deux régions externes, c'est-à-dire le collecteur et l'émetteur, sont de type p.
Comme nous l'avons discuté ci-dessus dans le transistor NPN, il fonctionne également en mode actif. Les porteurs de charge majoritaires sont des trous pour émetteur de type p. Pour ces trous, la jonction base-émetteur sera polarisée en direct et se déplacera vers la région de base. Cela provoque le courant d'émetteur Ie. La région de base est mince et légèrement dopée par des électrons, une combinaison électron-trous s'est formée et certains trous restent dans la région de base. Cela provoque un très petit courant de base Ib. La jonction de collecteur de base est polarisée en sens inverse vers les trous dans la région de base et les trous dans la région de collecteur mais elle est polarisée vers l'avant vers les trous dans la région de base. Les trous restants de la région de base attirés par la borne de collecteur provoquent un courant de collecteur Ic. En savoir plus sur le transistor PNP ici.
Que sont les configurations de transistors?
En général, il existe trois types de configurations et leurs descriptions en ce qui concerne le gain sont les suivantes:
Configuration de base commune (CB): Il n'a pas de gain de courant mais a un gain de tension.
Configuration du collecteur commun (CC): il a un gain de courant mais pas de gain de tension.
Configuration de l'émetteur commun (CE): Il a un gain de courant et un gain de tension à la fois.
Configuration de la base commune du transistor (CB):
Dans ce circuit, la base est placée commune à la fois à l'entrée et à la sortie. Il a une faible impédance d'entrée (50-500 ohms). Il a une impédance de sortie élevée (1-10 mégohms).Tensions mesurées par rapport aux bornes de base. Ainsi, la tension et le courant d'entrée seront Vbe & Ie et la tension et le courant de sortie seront Vcb & Ic.
- Le gain actuel sera inférieur à l'unité, c'est-à-dire alpha (dc) = Ic / Ie
- Le gain de tension sera élevé.
- Le gain de puissance sera moyen.
Configuration de l'émetteur commun du transistor (CE):
Dans ce circuit, l'émetteur est placé en commun à la fois à l'entrée et à la sortie. Le signal d'entrée est appliqué entre la base et l'émetteur et le signal de sortie est appliqué entre le collecteur et l'émetteur. Vbb et Vcc sont les tensions. Il a une impédance d'entrée élevée (500-5000 ohms). Il a une faible impédance de sortie (50-500 kilo ohms).
- Le gain actuel sera élevé (98) c'est-à-dire bêta (dc) = Ic / Ie
- Le gain de puissance est jusqu'à 37 dB.
- La sortie sera déphasée de 180 degrés.
Configuration de collecteur commun de transistor:
Dans ce circuit, le collecteur est placé en commun à l'entrée et à la sortie. Ceci est également connu comme émetteur suiveur. Il a une impédance d'entrée élevée (150-600 kilo ohms) et une faible impédance de sortie (100-1000 ohms).
- Le gain de courant sera élevé (99).
- Le gain de tension sera inférieur à l'unité.
- Le gain de puissance sera moyen.
Transistor à effet de champ (FET):
Le transistor à effet de champ contient les trois régions telles qu'une source, une grille, un drain. Ils sont appelés dispositifs à tension contrôlée car ils contrôlent le niveau de tension. Pour contrôler le comportement électrique, le champ électrique appliqué de l'extérieur peut être choisi, c'est pourquoi on l'appelle transistors à effet de champ. En cela, le courant circule en raison des porteurs de charge majoritaires, c'est-à-dire des électrons, également connus sous le nom de transistor unipolaire. Il a principalement une impédance d'entrée élevée en mégohms avec une conductivité basse fréquence entre le drain et la source contrôlée par champ électrique. Les FET sont très efficaces, vigoureux et moins coûteux.
Les transistors à effet de champ sont de deux types, à savoir, les transistors à effet de champ à jonction (JFET) et les transistors à effet de champ à oxyde métallique (MOSFET). Le courant passe entre les deux canaux désignés comme canal n et à canal p.
Transistor à effet de champ de jonction (JFET)
Le transistor à effet de champ de jonction n'a pas de jonction PN mais à la place de matériaux semi-conducteurs à résistivité élevée, ils forment des canaux en silicium de type n & p pour l'écoulement de porteurs de charge majoritaires avec deux bornes soit drain ou une borne source. Dans le canal n, le flux de courant est négatif alors que dans le canal p, le flux de courant est positif.
Fonctionnement de JFET:
Il existe deux types de canaux dans JFET nommés comme: JFET à canal n et JFET à canal p
JFET à canal N:
Ici, nous devons discuter du fonctionnement principal du JFET à canal n pour deux conditions comme suit:
Premièrement, lorsque Vgs = 0, Appliquez une petite tension positive à la borne de drain où Vds est positif. En raison de cette tension Vds appliquée, les électrons circulent de la source au drain provoquent le courant de drain Id. Le canal entre le drain et la source agit comme une résistance. Soit n-channel uniforme. Différents niveaux de tension définis par le courant de drain Id et se déplacent de la source au drain Les tensions sont les plus élevées à la borne de drain et les plus basses à la borne source. Le drain est polarisé en inverse, donc la couche d'épuisement est plus large ici.
Vds augmente, Vgs = 0 V
La couche d'épuisement augmente, la largeur du canal diminue. Vds augmente au niveau où deux régions d'épuisement se touchent, cette condition connue sous le nom de processus de pincement et provoque une tension de pincement Vp.
Ici, Id pincé –off tombe à 0 MA et Id atteint au niveau de saturation. Id avec Vgs = 0 appelé courant de saturation de la source de drain (Idss). Vds a augmenté à Vp où l'Id actuel reste le même et JFET agit comme une source de courant constant.
Deuxièmement, lorsque Vgs n'est pas égal à 0, Appliquer des Vgs et Vds négatifs varie. La largeur de la région d'appauvrissement augmente, le canal devient étroit et la résistance augmente. Moins de courant de drain circule et atteint le niveau de saturation. En raison de Vgs négatifs, le niveau de saturation diminue, Id diminue. La tension de pincement chute continuellement. Par conséquent, il est appelé dispositif contrôlé en tension.
Caractéristiques du JFET:
Les caractéristiques ont montré différentes régions qui sont les suivantes:
Région ohmique: Vgs = 0, couche de déplétion petite.
Zone de coupure: également appelée région de pincement, car la résistance du canal est maximale.
Saturation ou région active: contrôlée par la tension de source de grille où la tension de source de drain est moindre.
Région de panne: la tension entre le drain et la source est élevée et provoque une panne dans le canal résistif.
JFET à canal P:
Le JFET à canal p fonctionne de la même manière que le JFET à canal n mais certaines exceptions se sont produites, c'est-à-dire qu'en raison de trous, le courant de canal est positif et la polarité de la tension de polarisation doit être inversée.
Drainer le courant dans la région active:
Id = Idss
Résistance du canal de la source de vidange: Rds = delta Vds / delta Id
Transistor à effet de champ à oxyde métallique (MOSFET):
Le transistor à effet de champ à oxyde métallique est également connu sous le nom de transistor à effet de champ commandé en tension. Ici, les électrons de grille d'oxyde métallique sont isolés électriquement du canal n et du canal p par une mince couche de dioxyde de silicium appelée verre.
Le courant entre le drain et la source est directement proportionnel à la tension d'entrée.
Il s'agit d'un appareil à trois terminaux, c'est-à-dire porte, drain et source. Il existe deux types de MOSFET par le fonctionnement des canaux, c'est-à-dire le MOSFET à canal p et le MOSFET à canal n.
Il existe deux formes de transistor à effet de champ à oxyde métallique, à savoir le type d'appauvrissement et le type d'amélioration.
Type d'épuisement: Il nécessite Vgs, c'est-à-dire que la tension grille-source s'éteint et le mode d'épuisement est égal à un interrupteur normalement fermé.
Vgs = 0, si Vgs est positif, les électrons sont plus et si Vgs est négatif, les électrons le sont moins.
Type d'amélioration: il nécessite Vgs, c'est-à-dire que la tension de la source de grille s'allume et le mode d'amélioration est égal à un commutateur normalement ouvert.
Ici, la borne supplémentaire est un substrat utilisé pour la mise à la terre.
La tension de la source de grille (Vgs) est supérieure à la tension de seuil (Vth)
Modes de polarisation pour les transistors:
La polarisation peut être effectuée par les deux méthodes, à savoir la polarisation directe et la polarisation inverse, tandis qu'en fonction de la polarisation, il existe quatre circuits de polarisation différents comme suit:
Biais de base fixe et polarisation de résistance fixe:
Sur la figure, la résistance de base Rb connectée entre la base et le Vcc. La jonction base-émetteur est polarisée en direct en raison de la chute de tension Rb qui conduit à l'écoulement Ib à travers elle. Ici Ib est obtenu à partir de:
Ib = (Vcc-Vbe) / Rb
Il en résulte un facteur de stabilité (bêta +1) qui conduit à une faible stabilité thermique. Ici les expressions des tensions et des courants c'est-à-dire, Vb = Vbe = Vcc-IbRb Vc = Vcc-IcRc = Vcc-Vce Ic = Bêta Ib Ie = Ic
Biais de rétroaction du collecteur:
Sur cette figure, la résistance de base Rb est connectée aux bornes du collecteur et de la borne de base du transistor. Par conséquent, la tension de base Vb et la tension de collecteur Vc sont similaires l'une à l'autre par ce
Vb = Vc-IbRb Où, Vb = Vcc- (Ib + Ic) Rc
Par ces équations, Ic diminue Vc, ce qui réduit Ib, diminuant automatiquement Ic.
Ici, le facteur (beta +1) sera inférieur à un et Ib conduit à réduire le gain de l'amplificateur.
Ainsi, les tensions et les courants peuvent être donnés comme-
Vb = Vbe Ic = beta Ib Ie est presque égal à Ib
Biais de rétroaction double:
Sur cette figure, il s'agit de la forme modifiée sur le circuit de base de rétroaction du collecteur. Comme il a un circuit supplémentaire R1 qui augmente la stabilité. Par conséquent, l'augmentation de la résistance de base entraîne les variations de bêta, c'est-à-dire le gain.
Maintenant, I1 = 0,1 Ic Vc = Vcc- (Ic + I (Rb) Rc Vb = Vbe = I1R1 = Vc- (I1 + Ib) Rb Ic = beta Ib Ie est presque égal à Ic
Biais fixe avec résistance d'émetteur:
Sur cette figure, il s'agit du même circuit de polarisation fixe mais il comporte une résistance d'émetteur supplémentaire Re connectée. Ic augmente en raison de la température, Ie augmente également, ce qui augmente à nouveau la chute de tension aux bornes de Re. Il en résulte une réduction de Vc, une réduction de Ib ce qui ramène iC à sa valeur normale. Le gain de tension diminue par la présence de Re.
Maintenant, Ve = Ie Re Vc = Vcc - Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie est presque égal à Ic
Biais d'émetteur:
Sur cette figure, il y a deux tensions d'alimentation Vcc et Vee sont égales mais opposées en polarité. Ici, Vee est polarisé en direct à la jonction de l'émetteur de base par Re & Vcc est polarisé en inverse à la jonction de base du collecteur.
Maintenant, Ve = -Vee + Ie Re Vc = Vcc- Ic Rc Vb = Vbe + Ve Ic = beta Ib Ie est presque égal à Ib Où, Re >> Rb / beta Vee >> Vbe
Ce qui donne un point de fonctionnement stable.
Biais de rétroaction de l'émetteur:
Dans cette figure, il utilise à la fois le collecteur comme rétroaction et le retour d'émetteur pour une plus grande stabilité. En raison de l'écoulement du courant d'émetteur Ie, la chute de tension se produit à travers la résistance d'émetteur Re, par conséquent la jonction de base d'émetteur sera polarisée en direct. Ici, la température augmente, Ic augmente, Ie augmente également. Ceci conduit à une chute de tension à Re, la tension de collecteur Vc diminue et Ib diminue également. Il en résulte que le gain de sortie sera réduit. Les expressions peuvent être données comme:
Irb = 0,1 Ic = Ib + I1 Ve = IeRe = 0,1Vcc Vc = Vcc- (Ic + Irb) Rc Vb = Vbe + Ve = I 1 R1 = Vc- (I 1 + Ib0Rb) Ic = beta Ib Ie est presque égal à je c
Biais du diviseur de tension:
Sur cette figure, il utilise la forme de diviseur de tension de la résistance R1 & R2 pour polariser le transistor. Les formes de tension à R2 seront la tension de base car elle polarise en direct la jonction base-émetteur. Ici, I2 = 10Ib.
Ceci est fait pour négliger le courant du diviseur de tension et des changements se produisent dans la valeur de bêta.
Ib = Vcc R2 / R1 + R2 Ve = Ie Re Vb = I2 R2 = Vbe + Ve
Ic résiste aux variations à la fois de bêta et de Vbe, ce qui se traduit par un facteur de stabilité de 1. En cela, Ic augmente par augmentation de la température, Ie augmente par augmentation de la tension d'émetteur Ve qui réduit la tension de base Vbe. Il en résulte une diminution des courants de base ib et ic à leurs valeurs réelles.
Applications des transistors
- Les transistors pour la plupart des pièces sont utilisés dans des applications électroniques telles que des amplificateurs de tension et de puissance.
- Utilisé comme interrupteurs dans de nombreux circuits.
- Utilisé dans la fabrication de circuits logiques numériques, c'est-à-dire ET, PAS, etc.
- Les transistors sont insérés dans tout, c'est-à-dire des plaques de cuisson aux ordinateurs.
- Utilisé dans le microprocesseur comme puces dans lesquelles des milliards de transistors sont intégrés à l'intérieur.
- Autrefois, ils étaient utilisés dans les radios, les équipements téléphoniques, les têtes auditives, etc.
- En outre, ils sont utilisés plus tôt dans les tubes à vide de grandes tailles.
- Ils sont également utilisés dans les microphones pour transformer les signaux sonores en signaux électriques.