Transistor à junction bipolaire

Définition du BJT

Un transistor à jonction bipolaire (également connu sous le nom de BJT ou transistor BJT) est un dispositif semi-conducteur à trois bornes composé de deux jonctions p-n capables d'amplifier ou de magnifier un signal. C'est un dispositif contrôlé par le courant. Les trois bornes du BJT sont la base, le collecteur et l'émetteur. Un BJT est un type de transistor qui utilise à la fois des électrons et des trous comme porteurs de charge.

Un signal de faible amplitude appliqué à la base est disponible sous forme amplifiée au collecteur du transistor. C'est l'amplification fournie par le BJT. Notez qu'il nécessite une source externe d'alimentation en courant continu pour effectuer le processus d'amplification.

Il existe deux types de transistors à jonction bipolaire – les transistors NPN et les transistors PNP. Un diagramme de ces deux types de transistors à jonction bipolaire est donné ci-dessous.

D'après la figure ci-dessus, nous pouvons voir que chaque BJT a trois parties nommées émetteur, base et collecteur. JE et JC représentent respectivement la jonction de l'émetteur et la jonction du collecteur. Initialement, il suffit de savoir que la jonction émetteur-base est polarisée directement et que les jonctions collecteur-base sont polarisées inversément. Le sujet suivant décrira les deux types de ces transistors.

Transistor à jonction bipolaire NPN

Dans un transistor bipolaire n-p-n (ou transistor npn), un semi-conducteur de type p se trouve entre deux semi-conducteurs de type n. Le diagramme ci-dessous montre un transistor n-p-n. Ici, IE et IC sont respectivement le courant d'émetteur et le courant de collecteur, et VEB et VCB sont respectivement la tension émetteur-base et la tension collecteur-base. Selon la convention, si le courant d'émetteur, de base et de collecteur IE, IB et IC entre dans le transistor, le signe du courant est pris comme positif, et si le courant sort du transistor, le signe est pris comme négatif. Nous pouvons tabuler les différents courants et tensions à l'intérieur du transistor n-p-n.

Transistor à jonction bipolaire PNP

De même, pour le transistor à jonction bipolaire p-n-p (ou transistor pnp), un semi-conducteur de type n est placé entre deux semi-conducteurs de type p. Le diagramme d'un transistor p-n-p est montré ci-dessous.

Pour les transistors p-n-p, le courant entre dans le transistor par le terminal d'émetteur. Comme tout transistor à jonction bipolaire, la jonction émetteur-base est polarisée directement et la jonction collecteur-base est polarisée inversément. Nous pouvons également tabuler le courant d'émetteur, de base et de collecteur, ainsi que la tension émetteur-base, collecteur-base et collecteur-émetteur pour les transistors p-n-p.

Principe de fonctionnement du BJT

La figure montre un transistor n-p-n polarisé dans la région active (voir la polarisation du transistor), la jonction BE est polarisée directement tandis que la jonction CB est polarisée inversément. La largeur de la région de déplétion de la jonction BE est plus petite que celle de la jonction CB.

La polarisation directe à la jonction BE réduit le potentiel de barrière, permettant aux électrons de circuler de l'émetteur vers la base. Comme la base est fine et faiblement dopée, elle a très peu de trous. Environ 2% des électrons provenant de l'émetteur se recombinent avec les trous dans la base et s'écoulent par le terminal de base.

Cela constitue le courant de base, qui s'écoule en raison de la recombinaison des électrons et des trous (Notez que la direction du courant conventionnel est opposée à celle de l'écoulement des électrons). Le grand nombre restant d'électrons traversera la jonction de collecteur polarisée inversément pour constituer le courant de collecteur. Ainsi, selon la loi des mailles,

Le courant de base est très faible par rapport au courant d'émetteur et de collecteur.

Ici, les principaux porteurs de charge sont les électrons. Le fonctionnement d'un transistor p-n-p est le même que celui d'un n-p-n, la seule différence étant que les principaux porteurs de charge sont des trous plutôt que des électrons. Seule une petite partie du courant s'écoule en raison des porteurs de charge majoritaires et la majeure partie du courant s'écoule en raison des porteurs de charge minoritaires dans un BJT. C'est pourquoi ils sont appelés dispositifs à porteurs de charge minoritaires.

Circuit équivalent du BJT

Une jonction p-n est représentée par un diode. Comme un transistor a deux jonctions p-n, il est équivalent à deux diodes connectées dos à dos. Cela est appelé l'analogie des deux diodes du BJT.

Caractéristiques des transistors à jonction bipolaire

Les trois parties d'un BJT sont le collecteur, l'émetteur et la base. Avant de connaître les caractéristiques des transistors à jonction bipolaire, nous devons connaître les modes de fonctionnement de ce type de transistors. Les modes sont

• Mode Base Commune (BC)

• Mode Émetteur Commun (CE)

• Mode Collecteur Commun (CC)

Tous les trois types de modes sont montrés ci-dessous.

En venant aux caractéristiques du BJT, il y a différentes caractéristiques pour différents modes de fonctionnement. Les caractéristiques ne sont rien d'autre que les formes graphiques des relations entre différentes variables de courant et de tension du transistor. Les caractéristiques pour les transistors p-n-p sont données pour différents modes et différents paramètres.

Caractéristiques de la Base Commune

Caractéristiques d'entrée

Pour le transistor p-n-p, le courant d'entrée est le courant d'émetteur (IE) et la tension d'entrée est la tension collecteur-base (VCB).

Comme la jonction émetteur-base est polarisée directement, la courbe IE vs VEB est similaire aux caractéristiques avant d'une diode p-n. IE augmente pour une VEB fixe lorsque VCB augmente.

Caractéristiques de sortie

Les caractéristiques de sortie montrent la relation entre la tension de sortie et le courant de sortie IC est le courant de sortie et la tension collecteur-base et le courant d'émetteur IE est le courant d'entrée et fonctionne comme paramètre. La figure ci-dessous montre les caractéristiques de sortie pour un transistor p-n-p en mode BC.

Comme nous le savons, pour les transistors p-n-p, IE et VEB sont positifs et IC, IB, VCB sont négatifs. Il y a trois régions dans la courbe, la région active, la région de saturation et la région de coupure. La région active est la région où le transistor fonctionne normalement.

Ici, la jonction d'émetteur est polarisée inversément. Maintenant, la région de saturation est la région où les deux jonctions émetteur-collecteur sont polarisées directement. Et enfin, la région de coupure est la région où les deux jonctions d'émetteur et de collecteur sont polarisées inversément.

Caractéristiques de l'Émetteur Commun

Caractéristiques d'entrée

IB (courant de base) est le courant d'entrée, VBE (tension base-émetteur) est la tension d'entrée pour le mode CE (Émetteur Commun). Ainsi, les caractéristiques d'entrée pour le mode CE seront la relation entre IB et VBE avec VCE comme paramètre. Les caractéristiques sont montrées ci-dessous.

Les caractéristiques d'entrée typiques CE sont similaires à celles d'une diode p-n polarisée directement. Mais lorsque VCB augmente, la largeur de la base diminue.

Caractéristiques de sortie

Les caractéristiques de sortie pour le mode CE sont la courbe ou le graphique entre le courant de collecteur (IC) et la tension collecteur-émetteur (VCE) lorsque le courant de base IB est le paramètre. Les caractéristiques sont montrées dans la figure ci-dessous.

Comme les caractéristiques de sortie du transistor à base commune, le mode CE a également trois régions nommées (i) Région active, (ii) régions de coupure, (iii) région de saturation. La région active a la région de collecteur polarisée inversément et la jonction d'émetteur polarisée directement.

Pour la région de coupure, la jonction d'émetteur est légèrement polarisée inversément et le courant de collecteur n'est pas totalement coupé. Et enfin, pour la région de saturation, les deux jonctions d'émetteur et de collecteur sont polarisées directement.