Connexions du transistor à junction bipolaire

Définition du transistor à jonction bipolaire

Un transistor à jonction bipolaire (BJT) est un dispositif à trois bornes. Il peut fonctionner comme amplificateur ou comme interrupteur, nécessitant un circuit d'entrée et un circuit de sortie. Pour gérer cela avec seulement trois bornes, une borne sert de connexion commune pour l'entrée et la sortie. Le choix de la borne commune dépend de l'application. Il existe trois types de connexions de transistors : base commune, émetteur commun et collecteur commun.

• Transistor à base commune

• Transistor à émetteur commun

• Transistor à collecteur commun.

Il faut se souvenir quels que soient les connecteurs d'un transistor, la jonction base-émetteur doit être polarisée en avant et la jonction base-collecteur doit être polarisée en arrière.

Connexion à base commune du BJT

Ici, la borne de base est commune aux circuits d'entrée et de sortie. Les configurations ou modes à base commune sont présentés dans la figure ci-dessous. Ici, le mode à base commune du transistor npn et du transistor pnp sont montrés séparément. Le circuit émetteur-base est pris comme circuit d'entrée et le circuit collecteur-base comme circuit de sortie.

Gain de courant

Ici, le courant d'entrée est le courant d'émetteur IE et le courant de sortie est le courant de collecteur IC. Le gain de courant est considéré lorsque nous ne prenons en compte que les tensions de polarisation continue du circuit et aucune tension alternative n'est appliquée à l'entrée. Si nous considérons une tension alternative appliquée à l'entrée, alors le facteur d'amplification de courant (α) à une tension de base-collecteur constante, serait

On voit ici que ni le gain de courant ni le facteur d'amplification de courant n'ont une valeur supérieure à l'unité, car le courant de collecteur ne peut en aucun cas être supérieur au courant d'émetteur. Mais comme nous savons que le courant d'émetteur et le courant de collecteur sont presque égaux dans un transistor à jonction bipolaire, ces rapports seraient très proches de l'unité. La valeur généralement varie de 0,9 à 0,99.

Expression du courant de collecteur

Si le circuit émetteur est ouvert, il n'y aura pas de courant d'émetteur (IC = 0). Cependant, dans cette condition, il y aura un faible courant circulant dans la région de collecteur. Ceci est dû au flux de porteurs de charge minoritaires et c'est le courant de fuite inverse. Comme ce courant circule à travers le collecteur et la base en gardant la borne émetteur ouverte, le courant est noté ICBO. Dans les transistors de faible puissance, le courant de fuite inverse ICBO est assez faible et généralement, nous le négligeons lors des calculs, mais dans les transistors de haute puissance, ce courant de fuite ne peut pas être négligé. Ce courant dépend fortement de la température, donc à haute température, le courant de fuite inverse ICBO ne peut pas être négligé lors des calculs. Cette expression prouve que le courant de collecteur dépend également du courant de base.

Caractéristiques de la connexion à base commune

Caractéristique d'entrée

Celle-ci est tracée entre le courant d'entrée et la tension d'entrée du transistor lui-même. Le courant d'entrée est le courant d'émetteur (IE) et la tension d'entrée est la tension émetteur-base (VEB). Après avoir franchi la tension de barrière en avant de la jonction émetteur-base, le courant d'émetteur (IE) commence à augmenter rapidement avec l'augmentation de la tension émetteur-base (VEB).

La résistance d'entrée du circuit est le rapport de la variation de la tension émetteur-base (ΔV EB) au courant d'émetteur (ΔIE) à une tension de base-collecteur constante (VCB = Constante). Comme la variation du courant d'émetteur est assez grande par rapport à la variation de la tension émetteur-base (ΔIE >> ΔVEB), la résistance d'entrée du transistor à base commune est assez faible.

Caractéristique de sortie

Le courant de collecteur ne prend qu'une valeur constante lorsque suffisamment de polarisation inverse est établie entre la région de base et la région de collecteur. C'est pourquoi il y a une augmentation du courant de collecteur avec l'augmentation de la tension de base-collecteur lorsque cette tension a une valeur très faible. Mais après une certaine tension de base-collecteur, la jonction base-collecteur est suffisamment polarisée en inverse et par conséquent, le courant de collecteur devient constant pour un certain courant d'émetteur et il dépend entièrement du courant d'émetteur.

Dans cette situation, l'ensemble du courant d'émetteur, sauf le courant de base, contribue au courant de collecteur. Comme le courant de collecteur devient presque constant pour le courant d'émetteur spécifié dans cette région de la caractéristique, l'augmentation du courant de collecteur est très faible par rapport à l'augmentation de la tension de base-collecteur.

Le rapport de la variation de la tension de base-collecteur à la variation du courant de collecteur est défini comme la résistance de sortie du mode à base commune d'un transistor. Naturellement, la valeur de la résistance de sortie est très élevée dans le mode à base commune d'un transistor.

Connexion à émetteur commun du BJT

Le transistor à émetteur commun est la connexion de transistor la plus couramment utilisée. Ici, la borne d'émetteur est commune pour les circuits d'entrée et de sortie. Le circuit connecté entre la base et l'émetteur est le circuit d'entrée et le circuit connecté entre le collecteur et l'émetteur est le circuit de sortie. Les modes à émetteur commun du transistor npn et du transistor pnp sont montrés séparément dans la figure ci-dessous.

Gain de courant

Dans la configuration à émetteur commun, le courant d'entrée est le courant de base (IB) et le courant de sortie est le courant de collecteur (IC). Dans un transistor à jonction bipolaire, le courant de base contrôle le courant de collecteur. Le rapport de la variation du courant de collecteur (ΔIC) à la variation du courant de base (ΔIB) est défini comme le gain de courant du transistor à émetteur commun. Dans un transistor à jonction bipolaire, le courant d'émetteur (IE) est la somme du courant de base (IB) et du courant de collecteur (IC). Si le courant de base change, le courant de collecteur change également, et par conséquent, le courant d'émetteur change en conséquence.

De nouveau, le rapport de la variation du courant de collecteur à la variation correspondante du courant d'émetteur est noté par α. Comme la valeur du courant de base est beaucoup plus faible que le courant de collecteur (IB << IC), le gain de courant dans un transistor à émetteur commun est assez élevé et il varie de 20 à 500.

Caractéristiques du transistor à émetteur commun

Dans le mode à émetteur commun du transistor, il y a deux circuits - le circuit d'entrée et le circuit de sortie. Dans le circuit d'entrée, les paramètres sont le courant de base et la tension base-émetteur. La courbe caractéristique tracée en fonction des variations du courant de base et de la tension base-émetteur est la caractéristique d'entrée d'un transistor à émetteur commun. La jonction pn entre la base et l'émetteur est polarisée en avant, la caractéristique serait donc similaire à celle d'une diode pn polarisée en avant. Ici aussi, le courant de base n'a pas de valeur avant que la tension base-émetteur ne dépasse la tension de barrière en avant de la jonction, mais après cela, le courant de base augmente significativement avec l'augmentation de la tension base-émetteur. Le taux d'augmentation du courant de base par rapport à la tension base-émetteur est élevé ici, mais pas aussi élevé que dans le cas du mode à base commune.

Ainsi, la résistance d'entrée du circuit est supérieure à celle du mode à base commune d'un transistor.

Caractéristique de sortie du transistor à émetteur commun

La caractéristique de sortie est tracée en fonction des variations du courant de sortie et de la tension de sortie du transistor. Le courant de collecteur est le courant de sortie et la tension collecteur-émetteur est la tension de sortie du transistor. Ici, la variation du courant de collecteur pour différentes valeurs de tension base-collecteur est tracée pour une valeur fixe de courant de base. On constate que, au début, le courant de collecteur augmente proportionnellement avec l'augmentation de la tension collecteur-émetteur, mais après un certain niveau de tension, le courant de collecteur devient presque constant. Cela est dû au fait qu'au début, la jonction base-collecteur n'est pas suffisamment polarisée en inverse, mais après une certaine tension, elle devient suffisamment polarisée en inverse, et alors la majeure partie des porteurs de charges venant de la région d'émetteur vers la région de base migre vers la région de collecteur pour contribuer au courant de collecteur. Le nombre de porteurs de charges majoritaires venant de la région d'émetteur dépend du courant de base dans un BJT, donc pour un courant de base spécifique, le courant de collecteur est constant.

La résistance de sortie serait

Connexion à collecteur commun du BJT

Dans la configuration à collecteur commun, le circuit d'entrée est entre la borne de base et la borne de collecteur, et le circuit de sortie est entre la borne d'émetteur et la borne de collecteur.

Le rapport de la variation du courant d'émetteur à la variation du courant de base est défini comme le gain de courant de la configuration à collecteur commun. Cela est noté comme,

Le facteur d'amplification de courant du circuit est le rapport de la variation du courant d'émetteur à la variation du courant de base lorsque un signal variant dans le temps est appliqué à l'entrée.

Caractéristique d'entrée du transistor à collecteur commun

Le courant d'entrée est le courant de base et la tension d'entrée du transistor est la tension base-collecteur. La jonction base-collecteur est polarisée en inverse, et donc avec l'augmentation de la tension base-collecteur, la polarisation inverse de la jonction augmente. Cela provoque une légère diminution du courant de base avec l'augmentation de la tension base-collecteur. Dans cette condition, plus de porteurs de charge minoritaires de la région de base se propagent vers la région de collecteur, et par conséquent, le taux de recombinaison des électrons-trous diminue dans la région de base, causant une diminution du courant de base.

Caractéristique de sortie du transistor à collecteur commun

La caractéristique de sortie d'un transistor à collecteur commun est presque la même que la caractéristique de sortie d'un transistor à émetteur commun. La seule différence est que, dans le cas de la configuration à collecteur commun, le courant de sortie est le courant d'émetteur au lieu du courant de collecteur comme dans le cas de la configuration à émetteur commun. Ici aussi, pour un courant de base fixe, le courant d'émetteur augmente linéairement avec l'augmentation de la tension collecteur-émetteur jusqu'à un certain niveau de cette tension, puis le courant d'émetteur devient presque constant, indépendamment de la tension collecteur-émetteur. Bien qu'il y ait une augmentation très lente du courant d'émetteur avec la tension collecteur-émetteur, comme le montre la courbe caractéristique ci-dessous.