Transistor comme amplificateur
Définition du transistor
Un transistor est défini comme un dispositif semi-conducteur doté de trois bornes (Émetteur, Base et Collecteur) et de deux jonctions (Base-Émetteur et Base-Collecteur).
Le transistor est un dispositif semi-conducteur avec trois bornes : Émetteur (E), Base (B) et Collecteur (C). Il possède deux jonctions : Base-Émetteur (BE) et Base-Collecteur (BC). Les transistors fonctionnent dans trois régions : coupure (complètement éteint), active (amplifiante) et saturation (complètement allumé).
Lorsque les transistors fonctionnent en région active, ils agissent comme des amplificateurs, augmentant la puissance du signal d'entrée sans modification significative. Ce comportement est dû au mouvement des porteurs de charge. Considérez un transistor à jonction bipolaire npn (BJT) polarisé pour fonctionner en région active, où la jonction BE est polarisée directement et la jonction BC est polarisée inversément.
Dans un transistor npn, l'émetteur est fortement dopé, la base est faiblement dopée, et le collecteur est moyennement dopé. La base est étroite, tandis que l'émetteur est plus large, et le collecteur est le plus large.
La polarisation directe entre les bornes base et émetteur provoque un petit courant de base (IB) qui s'écoule vers la région de base. Ce courant est généralement de l'ordre du microampère (μA), car VBE est généralement autour de 0,6 V.
Ce processus peut être vu comme le déplacement d'électrons hors de la région de base ou l'injection de trous dans celle-ci. Les trous injectés attirent des électrons depuis l'émetteur, conduisant à la recombinaison des trous et des électrons.
Cependant, en raison du faible dopage de la base par rapport à l'émetteur, il y aura plus d'électrons que de trous. Ainsi, même après l'effet de recombinaison, beaucoup plus d'électrons resteront libres. Ces électrons traversent ensuite la région de base étroite et se dirigent vers la borne de collecteur sous l'influence de la polarisation appliquée entre les bornes de collecteur et de base.
Cela constitue rien de moins que le courant de collecteur IC s'écoulant vers le collecteur. On peut remarquer que en variant le courant s'écoulant vers la région de base (IB), on peut obtenir une très grande variation du courant de collecteur, IC. C'est ce qu'on appelle l'amplification de courant, ce qui conduit à la conclusion que le transistor npn fonctionnant en région active agit comme un amplificateur de courant. Le gain de courant associé peut être exprimé mathématiquement par-
Considérons maintenant le transistor npn avec le signal d'entrée appliqué entre ses bornes de base et d'émetteur, tandis que la sortie est collectée à travers la résistance de charge RC, connectée entre les bornes de collecteur et de base, comme indiqué sur la Figure 2.
Considérons maintenant le transistor npn avec le signal d'entrée appliqué entre ses bornes de base et d'émetteur, tandis que la sortie est collectée à travers la résistance de charge RC, connectée entre les bornes de collecteur et de base, comme indiqué sur la Figure 2.
Il convient de noter en outre que le transistor est toujours assuré de fonctionner en région active en utilisant des alimentations de tension appropriées, V EE et VBC. Ici, une petite variation de la tension d'entrée Vin est vue pour modifier considérablement le courant d'émetteur IE, car la résistance du circuit d'entrée est faible (en raison de la condition de polarisation directe).
Cela change à son tour le courant de collecteur presque dans la même plage, en raison du fait que la magnitude du courant de base est assez faible pour le cas considéré. Ce grand changement dans IC cause une chute de tension importante à travers la résistance de charge RC, qui n'est rien d'autre que la tension de sortie.
On obtient ainsi une version amplifiée de la tension d'entrée aux bornes de sortie du dispositif, ce qui conduit à la conclusion que le circuit agit comme un amplificateur de tension. L'expression mathématique du gain de tension associé à ce phénomène est donnée par
Bien que l'explication fournie concerne le BJT npn, une analogie similaire s'applique également aux BJT pnp. En suivant les mêmes principes, on peut expliquer l'action d'amplification d'autres types de transistors, tels que le Transistor à Effet de Champ (FET). Il convient de noter en outre qu'il existe de nombreuses variations du circuit d'amplification des transistors, telles que
Premier ensemble : Configuration Base/Gate Commune, Configuration Émetteur/Source Commune, Configuration Collecteur/Drain Commune
Deuxième ensemble : Amplificateurs de classe A, Amplificateurs de classe B, Amplificateurs de classe C, Amplificateurs de classe AB
Troisième ensemble : Amplificateurs à simple étage, Amplificateurs à plusieurs étages, et ainsi de suite. Cependant, le principe de fonctionnement de base reste le même.
