- Fonctionnement des transistors NPN:
- Transistor comme interrupteur:
- Transistor comme amplificateur:
- Objectif de la partie:
Le premier transistor bipolaire à jonction a été inventé en 1947 dans les laboratoires Bell. «Deux polarités» est abrégé en bipolaire, d'où le nom de transistor à jonction bipolaire. BJT est un appareil à trois terminaux avec collecteur (C), base (B) et émetteur (E). L'identification des bornes d'un transistor nécessite le schéma des broches d'une pièce BJT particulière, il sera disponible dans la fiche technique. Il existe deux types de transistors BJT - NPN et PNP. Dans ce tutoriel, nous parlerons des transistors NPN. Considérons les deux exemples de transistors NPN - BC547A et PN2222A, illustrés dans les images ci-dessus.
En fonction du processus de fabrication, la configuration des broches changera et les détails seront disponibles dans la fiche technique correspondante. À mesure que la puissance nominale du transistor augmente, le dissipateur thermique nécessaire doit être fixé au corps du transistor. Un transistor non polarisé ou un transistor sans potentiel appliqué aux bornes est similaire à deux diodes connectées dos à dos, comme illustré dans la figure ci-dessous.
La diode D1 a une propriété de conduction inverse basée sur la conduction directe de la diode D2. Lorsqu'un courant traverse la diode D2, la diode D1 détecte le courant et un courant proportionnel sera autorisé à circuler dans le sens inverse de la borne de collecteur à la borne d'émetteur à condition qu'un potentiel plus élevé soit appliqué à la borne de collecteur. La constante proportionnelle est le gain (β).
Fonctionnement des transistors NPN:
Comme décrit ci-dessus, le transistor est un dispositif commandé en courant qui a deux couches d'appauvrissement avec un potentiel de barrière spécifique requis pour diffuser la couche d'appauvrissement. Le potentiel de barrière pour un transistor au silicium est de 0,7 V à 25 ° C et de 0,3 V à 25 ° C pour un transistor au germanium. La plupart du temps, le type de transistor couramment utilisé est de type silicium car le silicium est l'élément le plus abondant sur terre après l'oxygène.
Fonctionnement interne:
La construction du transistor npn est que les régions de collecteur et d'émetteur sont dopées avec un matériau de type n et la région de base est dopée avec une petite couche de matériau de type p. La région d'émetteur est fortement dopée par rapport à la région de collecteur. Ces trois régions forment deux jonctions. Ce sont la jonction collecteur-base (CB) et la jonction base-émetteur.
Lorsqu'un potentiel VBE est appliqué à travers la jonction base-émetteur augmentant à partir de 0V, les électrons et les trous commencent à s'accumuler dans la région d'appauvrissement. Lorsque le potentiel augmente au-dessus de 0,7 V, la tension de barrière est atteinte et la diffusion se produit. Par conséquent, les électrons circulent vers la borne positive et le courant de base (IB) est opposé au flux d'électrons. En outre, le courant du collecteur à l'émetteur commence à circuler, à condition que la tension VCE soit appliquée à la borne du collecteur. Le transistor peut servir d'interrupteur et d'amplificateur.
Région de fonctionnement par rapport au mode de fonctionnement:
1. Région active, IC = β × IB - Fonctionnement de l'amplificateur
2. Région de saturation, IC = courant de saturation - Fonctionnement de l'interrupteur (complètement allumé)
3. Zone de coupure, IC = 0 - Fonctionnement de la commutation (complètement OFF)
Transistor comme interrupteur:
Pour expliquer avec un PSPICE le modèle BC547A a été sélectionné. La première chose importante à garder à l'esprit est d'utiliser une résistance de limitation de courant à la base. Des courants de base plus élevés endommageront un BJT. D'après la fiche technique, le courant maximal du collecteur est de 100 mA et le gain correspondant (hFE ou β) est indiqué.
Les étapes de sélection des composants, 1. Trouvez le courant du collecteur wiz le courant consommé par votre charge. Dans ce cas, ce sera 60mA (bobine de relais ou LED parallèles) et une résistance = 200 Ohms.
2. Afin d'amener le transistor en état de saturation, un courant de base suffisant doit être fourni pour que le transistor soit complètement passant. Calcul du courant de base et de la résistance correspondante à utiliser.
Pour une saturation complète, le courant de base est d'environ 0,6 mA (ni trop élevé ni trop bas). Voici donc ci-dessous le circuit avec 0V à la base pendant lequel l'interrupteur est à l'état OFF.
a) Simulation PSPICE de BJT comme commutateur, et b) Condition de commutation équivalente
Théoriquement, l'interrupteur est complètement ouvert, mais pratiquement un courant de fuite peut être observé. Ce courant est négligeable car ils sont en pA ou nA. Pour une meilleure compréhension du contrôle du courant, un transistor peut être considéré comme une résistance variable entre le collecteur (C) et l'émetteur (E) dont la résistance varie en fonction du courant traversant la base (B).
Initialement, quand aucun courant ne traverse la base, la résistance à travers CE est très élevée qu'aucun courant ne la traverse. Lorsqu'un potentiel de 0,7 V et plus est appliqué à la borne de base, la jonction BE diffuse et provoque la diffusion de la jonction CB. Maintenant, le courant circule du collecteur à l'émetteur en fonction du gain.
a) Simulation PSPICE de BJT comme commutateur, et b) Condition de commutation équivalente
Voyons maintenant comment contrôler le courant de sortie en contrôlant le courant de base. En considérant IC = 42mA et en suivant la même formule ci-dessus, nous obtenons IB = 0,35mA; RB = 14,28 kOhms ≈ 15 kOhms.a) Simulation PSPICE de BJT comme commutateur, et b) Condition de commutation équivalente
La variation de la valeur pratique par rapport à la valeur calculée est due à la chute de tension aux bornes du transistor et à la charge résistive utilisée.
Transistor comme amplificateur:
L'amplification consiste à convertir un signal faible en une forme utilisable. Le processus d'amplification a été une étape importante dans de nombreuses applications telles que les signaux transmis sans fil, les signaux reçus sans fil, les lecteurs MP3, les téléphones portables, etc., Le transistor peut amplifier la puissance, la tension et le courant dans différentes configurations.
Certaines des configurations utilisées dans les circuits d'amplification sont
- Amplificateur émetteur commun
- Amplificateur à collecteur commun
- Amplificateur de base commun
Parmi les types ci-dessus, le type d'émetteur commun est la configuration la plus populaire et la plus utilisée. L'opération se produit dans la région active, le circuit amplificateur à émetteur commun à un étage en est un exemple. Un point de polarisation CC stable et un gain CA stable sont importants dans la conception d'un amplificateur. Le nom d'amplificateur à un étage lorsqu'un seul transistor est utilisé.
Au-dessus se trouve un circuit amplificateur à un étage où un signal faible appliqué à la borne de base est converti en β fois le signal réel à la borne de collecteur.
Objectif de la partie:
CIN est le condensateur de couplage qui couple le signal d'entrée à la base du transistor. Ainsi, ce condensateur isole la source du transistor et ne laisse passer que le signal alternatif. CE est le condensateur de dérivation qui agit comme le chemin de faible résistance pour le signal amplifié. COUT est le condensateur de couplage qui couple le signal de sortie du collecteur du transistor. Ainsi, ce condensateur isole la sortie du transistor et ne laisse passer que le signal alternatif. R2 et RE assurent la stabilité de l'amplificateur tandis que R1 et R2 assurent ensemble la stabilité du point de polarisation CC en agissant comme un diviseur de potentiel.
Opération:
Le circuit fonctionne instantanément pour chaque intervalle de temps. Simplement pour comprendre, lorsque la tension alternative à la borne de base augmente, l'augmentation correspondante du courant circule à travers la résistance de l'émetteur. Ainsi, cette augmentation du courant d'émetteur augmente le courant de collecteur plus élevé à traverser le transistor, ce qui diminue la chute de l'émetteur du collecteur VCE. De même, lorsque la tension alternative d'entrée diminue de manière exponentielle, la tension VCE commence à augmenter en raison de la diminution du courant d'émetteur. Tous ces changements de tensions se reflètent instantanément à la sortie qui sera la forme d'onde inversée de l'entrée, mais amplifiée.
Caractéristiques |
Base commune |
Émetteur commun |
Collecteur commun |
Gain de tension |
Haute |
Moyen |
Faible |
Gain courant |
Faible |
Moyen |
Haute |
Gain de puissance |
Faible |
Très haut |
Moyen |
Tableau: Tableau de comparaison des gains
Sur la base du tableau ci-dessus, la configuration correspondante peut être utilisée.