Comment fonctionne un transistor
Comment fonctionne un transistor ?
Définition du transistor
Un transistor est défini comme un dispositif à semi-conducteur utilisé pour amplifier ou commuter des signaux électroniques.
Il existe différents types de transistors, mais nous nous concentrerons sur le transistor NPN en mode émetteur commun. Ce type a une région d'émetteur fortement dopée et large, qui contient de nombreux électrons libres (porteurs majoritaires).
La région de collecteur est large et modérément dopée, elle a donc moins d'électrons libres que l'émetteur. La région de base est très fine et faiblement dopée, avec un petit nombre de trous (porteurs majoritaires). Maintenant, nous connectons une pile entre l'émetteur et le collecteur. Le terminal d'émetteur du transistor est connecté au terminal négatif de la pile. Ainsi, la jonction émetteur-base devient polarisée directement, et la jonction base-collecteur devient polarisée inversément. Dans cette condition, aucun courant ne circule dans le dispositif. Avant d'aborder le fonctionnement réel du dispositif, rappelons les détails de construction et de dopage d'un transistor NPN. Ici, la région d'émetteur est plus large et très fortement dopée. Par conséquent, la concentration de porteurs majoritaires (électrons libres) dans cette région du transistor est très élevée.
D'autre part, la région de base est très fine, elle se situe dans la gamme de quelques micromètres, tandis que les régions d'émetteur et de collecteur sont dans la gamme de millimètres. Le dopage de la couche p centrale est très faible, et par conséquent, il y a un très petit nombre de trous présents dans cette région. La région de collecteur est plus large, comme nous l'avons déjà dit, et le dopage ici est modéré, ce qui entraîne une quantité modérée d'électrons libres dans cette région.
La tension appliquée entre l'émetteur et le collecteur chute en deux endroits. Premièrement, la jonction émetteur-base a un potentiel de barrière direct de environ 0,7 volts dans les transistors en silicium. Le reste de la tension chute à travers la jonction base-collecteur comme une barrière inverse.
Quelle que soit la tension à travers le dispositif, le potentiel de barrière direct à travers la jonction émetteur-base reste toujours de 0,7 volts, et le reste de la tension de source chute à travers la jonction base-collecteur comme potentiel de barrière inverse.
Cela signifie que la tension du collecteur ne peut pas surmonter le potentiel de barrière direct. Ainsi, les électrons libres de l'émetteur ne peuvent pas traverser la base. En conséquence, le transistor se comporte comme un interrupteur ouvert.
NB : – Dans cette condition, le transistor ne conduit idéalement aucun courant, il n'y aura donc aucune chute de tension à la résistance externe, la tension de source entière (V) chutera à travers les jonctions comme indiqué dans la figure ci-dessus.
Maintenant, voyons ce qui se passe si nous appliquons une tension positive au terminal de base du dispositif. Dans cette situation, la jonction émetteur-base reçoit individuellement une tension directe, et certainement, elle peut surmonter le potentiel de barrière direct, et par conséquent, les porteurs majoritaires, c'est-à-dire les électrons libres de la région d'émetteur, traverseront la jonction et viendront dans la région de base où ils trouveront très peu de trous pour se recombiner.
Mais en raison du champ électrique à travers la jonction, les électrons libres migrés de la région d'émetteur acquièrent de l'énergie cinétique. La région de base est si fine que les électrons libres venant de l'émetteur n'ont pas suffisamment de temps pour se recombiner et traversent donc la région de déplétion polarisée inversement, arrivant finalement dans la zone de collecteur. Comme il y a une barrière inverse présente à travers la jonction base-collecteur, elle n'obstruera pas le flux d'électrons libres de la base vers le collecteur, car les électrons libres dans la région de base sont des porteurs minoritaires.
De cette manière, les électrons circulent de l'émetteur au collecteur, et ainsi le courant collecteur-émetteur commence à circuler. Comme il y a peu de trous présents dans la région de base, certains des électrons venant de la région d'émetteur se recombineront avec ces trous et contribueront au courant de base. Ce courant de base est beaucoup plus faible que le courant collecteur-émetteur.
Certains électrons de l'émetteur contribuent au courant de base, tandis que la plupart passent par le collecteur. Le courant d'émetteur est la somme des courants de base et de collecteur. Ainsi, le courant d'émetteur est la somme des courants de base et de collecteur.
Maintenant, augmentons la tension de base appliquée. Dans cette situation, en raison de l'augmentation de la tension directe à travers la jonction émetteur-base, proportionnellement plus d'électrons libres viendront de la région d'émetteur à la région de base avec plus d'énergie cinétique. Cela provoque une augmentation proportionnelle du courant de collecteur. De cette manière, en contrôlant un petit signal de base, nous pouvons contrôler un signal de collecteur assez important. C'est le principe de fonctionnement de base d'un transistor.
