Le dispositif et le fonctionnement du transistor bipolaire

Un transistor est un dispositif semi-conducteur actif, à l'aide duquel l'amplification, la conversion et la génération d'oscillations électriques sont effectuées. Une telle application du transistor peut être observée en technologie analogique. Autre que ça transistors Ils sont également utilisés dans la technologie numérique, où ils sont utilisés en mode clé. Mais dans les équipements numériques, presque tous les transistors sont «cachés» à l'intérieur des circuits intégrés, et en quantités énormes et en tailles microscopiques.

Ici, nous ne nous attarderons pas trop sur les électrons, les trous et les atomes, qui étaient déjà décrits dans les parties précédentes de l'article, mais certains de ces éléments, si nécessaire, devront encore être rappelés.

La diode semi-conductrice est constituée d'une jonction p-n, dont les propriétés ont été décrites dans la partie précédente de l'article. Le transistor, comme vous le savez, se compose de deux transitions, donc diode semi-conductrice peut être considéré comme le précurseur du transistor, ou sa moitié.

Si la jonction p-n est au repos, les trous et les électrons sont distribués, comme le montre la figure 1, formant une barrière de potentiel. Nous allons essayer de ne pas oublier les conventions des électrons, des trous et des ions illustrées sur cette figure.

Figure 1

Comment est un transistor bipolaire

Périphérique transistor bipolaire simple à première vue. Pour ce faire, il suffit de créer deux jonctions pn sur une plaque semi-conductrice, appelée base. Certaines méthodes de création d'une jonction pn ont été décrites. dans les parties précédentes de l'articlenous ne répéterons donc pas ici.

Si la conductivité de base est de type p, alors le transistor résultant aura la structure n-p-n (prononcé "en-pe-en"). Et quand une plaque de type n est utilisée comme base, alors nous obtenons un transistor de la structure p-n-p (pe-en-pe).

Dès qu'il est arrivé à la base, vous devez faire attention à cette chose: la tranche de semi-conducteur utilisée comme base est très mince, beaucoup plus mince que l'émetteur et le collecteur. Cette déclaration doit être rappelée, car elle sera nécessaire dans le processus d'explication du fonctionnement du transistor.

Naturellement, pour se connecter au "monde extérieur" de chaque région p et n vient la sortie du fil. Chacun d'eux a le nom de la zone à laquelle il est connecté: émetteur, base, collecteur. Un tel transistor est appelé transistor bipolaire, car il utilise deux types de porteurs de charge - les trous et les électrons. La structure schématique des transistors des deux types est illustrée à la figure 2.

Figure 2

Actuellement, les transistors au silicium sont plus largement utilisés. Les transistors au germanium sont presque complètement obsolètes, étant supplantés par le silicium, donc l'histoire en sera plus détaillée, bien que le germanium soit parfois mentionné. La plupart des transistors au silicium ont une structure n-p-n, car cette structure est plus avancée technologiquement en production.

Paires de transistors complémentaires

Pour les transistors au germanium, apparemment, la structure p-n-p était plus avancée technologiquement, par conséquent, les transistors au germanium avaient pour la plupart précisément cette structure. Bien que, dans le cadre de paires complémentaires (transistors proches en paramètres, qui ne diffèrent que par le type de conductivité), des transistors en germanium de conductivité différente ont également été produits, par exemple, GT402 (p-n-p) et GT404 (n-p-n).

Une telle paire a été utilisée comme transistors de sortie dans l'ULF de divers équipements radio. Et si les transistors au germanium non modernes sont passés dans l'histoire, alors des paires complémentaires de transistors au silicium sont toujours en cours de production, allant des transistors dans des boîtiers SMD aux transistors puissants pour les étages de sortie des ULF.

Soit dit en passant, les amplificateurs sonores sur les transistors en germanium étaient perçus par les mélomanes presque comme des tubes. Eh bien, peut-être un peu pire, mais beaucoup mieux que les amplificateurs à transistors en silicium. C'est juste pour référence.

Comment fonctionne un transistor

Afin de comprendre le fonctionnement du transistor, nous devrons à nouveau retourner dans le monde des électrons, des trous, des donneurs et des accepteurs. Certes, maintenant ce sera un peu plus simple, et encore plus intéressant que dans les parties précédentes de l'article. Une telle remarque devait être faite pour ne pas effrayer le lecteur, pour permettre de lire tout cela jusqu'au bout.

La figure 3 ci-dessus montre la désignation graphique conditionnelle des transistors sur les circuits électriques, et ci-dessous les jonctions p-n des transistors sont présentées sous la forme de diodes semi-conductrices, qui sont également incluses dans la direction opposée. Cette représentation est très pratique lors de la vérification du transistor avec un multimètre.

Figure 3

Et la figure 4 montre la structure interne du transistor.

Dans cette figure, vous devez vous attarder un peu pour l'examiner plus en détail.

Figure 4

Le courant passera-t-il ou non?

Ici, il est montré comment la source d'alimentation est connectée au transistor de la structure n-p-n, et c'est dans une telle polarité qu'elle est connectée à de vrais transistors dans des dispositifs réels. Mais, si vous regardez de plus près, il s'avère que le courant ne passera pas par deux jonctions p-n, par deux barrières de potentiel: peu importe la façon dont vous modifiez la polarité de la tension, l'une des jonctions sera nécessairement dans un état verrouillé et non conducteur. Donc pour l'instant, laissons tout comme indiqué sur la figure et voyons ce qui s'y passe.

Courant incontrôlé

Lorsque vous allumez la source de courant, comme indiqué sur la figure, la transition émetteur-base (n-p) est à l'état ouvert et passera facilement des électrons dans la direction de gauche à droite. Après quoi les électrons entreront en collision avec un émetteur de base à jonction fermée (p-n), qui arrêtera ce mouvement, le chemin des électrons sera fermé.

Mais, comme toujours et partout, il y a des exceptions à toutes les règles: certains électrons très agiles pourront franchir cette barrière sous l'influence de la température. Par conséquent, même si un courant insignifiant avec une telle inclusion sera toujours. Ce courant mineur est appelé courant initial ou courant de saturation. Le dernier nom est dû au fait que tous les électrons libres capables de surmonter la barrière de potentiel à une température donnée participent à la formation de ce courant.

Le courant initial est incontrôlable, il est disponible pour tout transistor, mais en même temps, il est peu dépendant de la tension externe. Si elle, la tension, est augmentée de manière significative (dans la plage raisonnable indiquée dans les répertoires), le courant initial ne changera pas beaucoup. Mais l'effet thermique sur ce courant est très sensible.

Une nouvelle augmentation de la température provoque une augmentation du courant initial, qui à son tour peut conduire à un chauffage supplémentaire de la jonction pn. Une telle instabilité thermique peut entraîner une rupture thermique, la destruction du transistor. Par conséquent, des mesures doivent être prises pour refroidir les transistors et ne pas appliquer de contraintes extrêmes à des températures élevées.

Rappelez-vous maintenant la base

L'inclusion d'un transistor à base pendante décrit ci-dessus n'est appliquée nulle part dans les schémas pratiques. Par conséquent, la figure 5 montre l'inclusion correcte du transistor. Pour ce faire, il était nécessaire d'appliquer une petite tension à la base par rapport à l'émetteur, et dans le sens direct (rappelez la diode, et regardez à nouveau la figure 3).

Figure 5

Si dans le cas de la diode, tout semble clair, - le courant s'est ouvert et l'a traversé, alors d'autres événements se produisent dans le transistor. Sous l'action du courant d'émetteur, les électrons se précipitent vers la base de conductivité p de l'émetteur de conductivité n. Dans ce cas, une partie des électrons remplira des trous situés dans la région de base et un courant insignifiant traverse la borne de base - courant de base Ib. C'est là qu'il faut se rappeler que la base est mince et qu'il y a peu de trous dedans.

Les électrons restants, qui n'avaient pas suffisamment de trous dans la base mince, se précipitent dans le collecteur et en seront extraits par le potentiel plus élevé de la batterie du collecteur Ek-e. Sous cette influence, les électrons franchiront la deuxième barrière de potentiel et retourneront à l'émetteur à travers la batterie.

Ainsi, une faible tension appliquée à la jonction base-émetteur contribue à ouvrir la jonction base-collecteur polarisée en sens inverse. En fait, c'est l'effet transistor.

Il ne reste plus qu'à examiner comment cette «petite tension» appliquée à la base affecte le courant du collecteur, quelles sont leurs valeurs et leurs rapports. Mais à propos de cette histoire dans la prochaine partie de l'article sur les transistors.

Suite de l'article: Caractéristiques des transistors bipolaires

Boris Aladyshkin