BJT : tout savoir sur le transistor bipolaire

Dans notre rayon composants électroniques Nous avons déjà suffisamment parlé des différents types de transistors commerciaux. Il est maintenant temps d'approfondir un transistor largement utilisé, il s'agit de la famille des transistors BJT, c'est-à-dire les transistors bipolaires, si présents dans de nombreux appareils électroniques que nous utilisons quotidiennement.

Afin que vous puissiez en savoir plus sur ces transistors et les différences avec les transistors unipolaires...

Qu'est-ce qu'un semi-conducteur ?

Les semi-conducteurs Ce sont des matériaux qui ont une conductivité électrique comprise entre celle des conducteurs et celle des isolants. Contrairement aux métaux (bons conducteurs) et aux non-métaux (isolants ou diélectriques), les semi-conducteurs occupent une position unique qui leur permet d'être manipulés pour contrôler le flux du courant électrique.

Su structure en cristal, généralement composé d'éléments tels que le silicium ou le germanium, est essentiel à la compréhension de son comportement. Les atomes de ces matériaux forment une structure cristalline dans laquelle les électrons sont partagés entre les atomes dans des bandes d'énergie. La bande de valence contient des électrons étroitement liés aux atomes, tandis que la bande de conduction contient des électrons qui peuvent se déplacer librement.

Les matériaux semi-conducteurs Ils sont essentiels à la fabrication d’appareils électroniques avancés. Le silicium, l'un des semi-conducteurs les plus utilisés, est omniprésent dans l'industrie et constitue la base des puces et des microprocesseurs. Outre le silicium, le germanium est un autre matériau semi-conducteur courant utilisé dans les technologies plus anciennes. Les composés semi-conducteurs tels que l'arséniure de gallium (GaAs) et le phosphorène ont également gagné en importance, notamment dans les applications haute fréquence et optoélectroniques. Ces matériaux permettent la création de dispositifs tels que des diodes électroluminescentes (DEL), des transistors haute fréquence et des capteurs avancés, démontrant la polyvalence et la vitalité des semi-conducteurs à la pointe de l'innovation technologique.

Transporteurs de marchandises et conduite électronique

La capacité des semi-conducteurs à conduire l'électricité réside dans sa capacité à générer des porteurs de charge. Les porteurs de charge peuvent être des électrons chargés négativement ou des « trous » chargés positivement, qui résultent d'électrons qui ont été déplacés de la bande de valence vers la bande de conduction.

Lorsqu'une tension est appliquée à un semi-conducteur, les électrons peut passer de la bande de valence à la bande de conduction, créant du courant électrique. Ce phénomène est connu sous le nom de conduction électronique et est essentiel au fonctionnement des appareils électroniques.

Dopants (impuretés)

Améliorer et contrôler les propriétés électriques des semi-conducteurs, Des impuretés délibérées sont introduites dans le verre grâce à un processus appelé dopage.. Les atomes dopants peuvent être du type donneur (ajoutant des électrons supplémentaires) ou du type accepteur (créant des trous), c'est-à-dire que le premier serait ce qu'on appelle les semi-conducteurs de type N et le second les semi-conducteurs de type P.

Les dopants introduisent des niveaux d'énergie supplémentaires dans le bande interdite, permettant un meilleur contrôle de la conduite électronique. Quelques exemples courants de dopants sont le phosphore (donneur) et le bore (accepteur) pour le silicium. De cette manière, des zones ou des jonctions peuvent être créées pour créer des dispositifs tels qu'une diode, qui est essentiellement une seule jonction PN, ou des semi-conducteurs, qui sont généralement constitués de trois zones, comme nous le verrons plus tard.

Types de semi-conducteurs : intrinsèques et extrinsèques

D’un autre côté, pour comprendre le BJT, il est également important de savoir ce que types de semi-conducteurs Ils existent, tels que :

• Intrinsèques: Lorsqu'aucune impureté n'est ajoutée à un semi-conducteur, il est classé comme intrinsèque. Dans ce cas, la conduction électrique est due uniquement à la génération thermique de porteurs de charge (paires électron-trou).
• extrinsèque: Ils sont le résultat d'un dopage intentionnel avec des impuretés. Les semi-conducteurs de type N (négatifs) sont obtenus en ajoutant des dopants donneurs, tandis que les semi-conducteurs de type p (positifs) sont formés avec des dopants accepteurs. Ces procédés permettent d'ajuster les propriétés électriques des semi-conducteurs en fonction des besoins spécifiques des applications.

Introduction aux jonctions PN

La Jonction PN Il s’agit d’un concept essentiel de l’électronique des semi-conducteurs qui pose les bases de la création de dispositifs tels que les diodes et les transistors. Une jonction PN se forme lorsque deux régions d’un matériau semi-conducteur se rejoignent. Ces régions sont la région de type P (où la concentration de porteurs de charge positifs ou de trous est prédominante) et la région de type N (où la concentration de porteurs de charge négatifs ou d'électrons est prédominante). La transition entre ces deux régions crée une interface unique dotée de propriétés électriques particulières.

La formation de la jonction PN Cela se produit généralement par un processus appelé dopage, au cours duquel des impuretés sont délibérément introduites dans le matériau semi-conducteur. Dans la région de type P, des dopants accepteurs (tels que le bore) sont utilisés, tandis que dans la région de type N, des dopants donneurs (tels que le phosphore) sont utilisés, comme je l'ai mentionné précédemment. Ce processus crée un gradient de concentration de porteurs de charge à travers la jonction, établissant ainsi la barrière de potentiel.

Quant à comportamiento de cette jonction PN, possède des propriétés uniques lorsqu'elle est polarisée dans différentes directions :

• En polarisation directe, une tension est appliquée dans la direction qui favorise la circulation du courant à travers la jonction. Dans ce cas, les porteurs de charge traversent la barrière de potentiel, permettant ainsi la conduction électrique.
• Au contraire, dans polarisation inversée, la tension appliquée agit contre la barrière de potentiel, entravant la circulation du courant. Dans cet état, la jonction PN agit comme une diode, permettant la conduction dans un sens et la bloquant dans le sens opposé.

La jonction PN constitue la base de nombreux appareils électroniques. Les diodes, par exemple, profitent de la propriété de la jonction PN pour permettre la circulation du courant dans un sens et le bloquer dans l'autre. Les transistors, fondamentaux pour la logique numérique et l'amplification du signal, sont également construits à l'aide de diverses jonctions PN, comme dans le cas des BJT qui peuvent avoir des jonctions NPN ou PNP...

Qu'est-ce qu'un transistor BJT ?

El transistor à jonction bipolaire (BJT ou Bipolar Junction Transistor) Il s'agit d'un dispositif électronique à semi-conducteurs composé de deux jonctions PN très proches, permettant l'augmentation du courant, la diminution de la tension et le contrôle du flux de courant à travers ses bornes. La conduction dans ce type de transistor implique des porteurs de charge des deux polarités (trous positifs et électrons négatifs). Les BJT sont largement utilisés dans l'électronique analogique et dans certaines applications d'électronique numérique, telles que la technologie TTL ou BiCMOS.

La L'histoire des transistors bipolaires remonte à 1947, lorsque John Bardeen et Walter Houser Brattain ont inventé le transistor bipolaire à contact ponctuel chez Bell Telephone Company. Plus tard, William Shockley a développé le transistor à jonction bipolaire en 1948. Bien qu'ils aient été essentiels pendant des décennies, leur utilisation a décliné au profit de la technologie CMOS dans les circuits intégrés numériques.

La structure d'un BJT se compose de trois régions:

• L'émetteur (hautement dopé et fonctionnel comme émetteur de charges)
• La base (rétrécit et sépare l'émetteur du collecteur)
• Le collecteur (extension plus grande).

Le dépôt épitaxial est la technique de fabrication courante. En fonctionnement normal, la jonction base-émetteur est polarisée en direct, tandis que la jonction base-collecteur est polarisée en inverse. Le principe de fonctionnement implique le Polarisation polarisation directe de la jonction base-émetteur et polarisation inverse de la jonction base-collecteur. Les électrons sont injectés de l'émetteur vers le collecteur, permettant l'amplification du signal. Le BJT se caractérise par sa faible impédance d'entrée et peut être modélisé comme une source de courant contrôlée en tension ou une source de courant contrôlée en courant.

Fonctionnement du transistor bipolaire

Quant au fonctionnement, nous l'avons dans un transistor à jonction bipolaire (BJT) en configuration NPN, La jonction base-émetteur est polarisée en direct et la jonction base-collecteur est polarisée en inverse.. L'agitation thermique permet aux porteurs de charge de l'émetteur de traverser la barrière de potentiel émetteur-base et d'atteindre le collecteur, entraînés par le champ électrique entre la base et le collecteur. En fonctionnement typique, la jonction base-émetteur est polarisée en direct, permettant aux électrons d'être injectés dans la région de base et de se déplacer vers le collecteur. La région de base doit être mince pour minimiser la recombinaison des porteurs avant d'atteindre la jonction base-collecteur. Le courant collecteur-émetteur peut être contrôlé par le courant base-émetteur (contrôle de courant) ou par la tension base-émetteur (contrôle de tension). Dans un transistor PNP, c'est l'inverse...

Différences avec le transistor unipolaire

Les transistors peuvent être classés en deux catégories principales : bipolaires et unipolaires. Le principales différences Ce que l'on retrouve entre les deux, c'est :

• BJT ou bipolaire: Tout comme les transistors unipolaires, les transistors bipolaires ont également des porteurs de charge positifs et négatifs, c'est-à-dire avec des régions dopées P et N dans leur structure. Quant aux polarisations, elles peuvent être polarisées directement ou inversement, selon les besoins, et peuvent être de type NPN ou PNP. Quant aux modes de fonctionnement, ils peuvent fonctionner en mode actif, en mode coupure et en mode saturation. Ils sont contrôlés en courant et ont un gain de courant représenté par la lettre β (bêta). La perte de puissance dans ce cas est supérieure à celle des transistors unipolaires et sa vitesse est généralement plus lente que celle des transistors unipolaires. Par conséquent, ils sont souvent utilisés, entre autres, dans les amplificateurs de signaux analogiques et la commutation basse fréquence. Les BJT sont plus sensibles au bruit.
• FET ou unipolaire: Les transistors unipolaires ou à effet de champ utilisent également des porteurs de charge, mais ici nous avons des électrons ou des trous, selon le type. La polarisation principale ici est inverse, et les modes de fonctionnement sont principalement en saturation. Dans ce cas, nous avons des transistors commandés en tension. Le gain de courant est représenté dans ce cas par transconductance, la perte de puissance est moindre que dans les cas bipolaires et elles sont plus rapides. Pour cette raison, ils sont souvent utilisés pour la commutation haute fréquence et les circuits numériques. Les unipolaires sont moins sensibles au bruit.

Type BJT (NPN et PNP)

Comme je l'ai commenté dans plusieurs parties de l'article, il existe deux types principaux des transistors BJT :

• Transistors NPN : Ils font partie de l'un des deux types fondamentaux de transistors bipolaires, où les lettres « N » et « P » indiquent les porteurs de charge majoritaires présents dans les différentes régions du dispositif. Actuellement, la plupart des transistors bipolaires sont de type NPN, puisque la mobilité des électrons est supérieure à celle des « trous » des semi-conducteurs, permettant ainsi des courants plus élevés et des vitesses de fonctionnement plus élevées. La structure d'un transistor NPN comprend une couche de matériau semi-conducteur dopé P, appelée « base », située entre deux couches de matériau dopé N. Dans la configuration à émetteur commun, un petit courant circulant dans la base est amplifié au niveau du transistor NPN. sortie du collecteur. Le symbole du transistor NPN comprend une flèche pointant vers la borne de l'émetteur et la direction du courant conventionnel pendant le fonctionnement actif de l'appareil.
• Transistors PNP: Deuxième type de transistor bipolaire, ils portent les lettres « P » et « N » qui font référence aux charges majoritaires dans les différentes régions de l'appareil. Bien que moins courants aujourd'hui, les transistors PNP sont constitués d'une couche de matériau semi-conducteur dopé N entre deux couches de matériau dopé P. En fonctionnement typique, le collecteur est connecté à la masse et l'émetteur est relié à la borne positive de la source. alimentation via une charge électrique externe. Un petit courant circulant dans la base permet à un courant beaucoup plus important de circuler de l'émetteur vers le collecteur. La flèche dans le symbole du transistor PNP est située sur la borne de l'émetteur et pointe dans la direction du courant conventionnel pendant le fonctionnement actif de l'appareil. Malgré leur faible prévalence, les transistors NPN sont préférés dans la plupart des situations en raison de leurs meilleures performances.

Vous pouvez voir tous les détails dans les images ci-dessus.

Applications d'un BJT

Les transistors à jonction bipolaire (BJT) sont utilisés dans une variété de applications en électronique, j'ai déjà commenté certains cas précédemment, mais je vous montre ici une liste avec quelques-unes des principales applications ou utilisations de ces transistors :

• Amplification des signaux : Les BJT sont couramment utilisés pour amplifier les signaux faibles, tels que ceux provenant de capteurs ou de microphones, dans les circuits audio et radiofréquence.
• Commutation: Ils sont utilisés pour contrôler la commutation de courant dans les circuits numériques et logiques, tels que les commutateurs électroniques, afin de mettre en œuvre des portes logiques.
• Amplificateurs de puissance : Ils sont utilisés dans les étages d'amplification de puissance des systèmes audio et des amplificateurs RF (radiofréquence). En fait, l’une des premières applications pour lesquelles ces transistors ont été conçus a été le remplacement des tubes à vide précédents.
• Sources d'énergie : Ils peuvent être configurés pour produire un courant constant, ce qui est utile dans certains circuits et applications de référence de courant. Vous les retrouverez également dans les systèmes ou circuits régulateurs de tension pour maintenir une tension constante à la sortie de l’alimentation.
• Oscillateurs: Ils sont utilisés dans les circuits oscillateurs pour générer des signaux périodiques, comme dans les générateurs d'ondes sinusoïdales.
• Amplification RF : Dans les systèmes de communication, les BJT sont utilisés dans les étages d'amplification des signaux radiofréquences.
• Modulation d'amplitude et de fréquence : Ils sont utilisés dans les circuits de modulation pour modifier les caractéristiques des signaux audio ou RF. Ils peuvent également être implémentés dans certains capteurs ou détecteurs pour traiter les signaux.

Comment vérifier un transistor BJT

Vérifier un transistor BJT est important pour garantir son bon fonctionnement. Si vous voulez savoir comment faire, vous n'aurez besoin que d'un multimètre ou d'un multimètre doté de cette fonction pour vérifier les transistors bipolaires. Et la façon de procéder est très simple, il vous suffit de suivre ces étapes :

• BJT NPN: Vous devez d’abord identifier les bornes ou broches de l’émetteur (E), de la base (B) et du collecteur (C) que comprend votre transistor. Selon le modèle, vous pouvez consulter les fiches techniques pour plus de détails, même si c'est facile à savoir. Une fois que vous avez identifié les bornes et le multimètre à portée de main, il ne reste plus qu'à insérer correctement les broches dans les emplacements prévus à cet effet. Si votre multimètre ne dispose pas de cette fonction, vous pouvez utiliser cette autre alternative :
  1. Mettez le multimètre en mode test de transistor, c'est-à-dire tournez la molette pour sélectionner le symbole de mesure de la tension continue (V —).
  2. Touchez les broches souhaitées avec les sondes du multimètre :
     • Lorsque vous vérifiez la jonction BE ou Base-Emitter, vous devriez voir une tension affichée sur l'écran entre 0.6 et 0.7 V, selon le transistor.
     • Lorsque vous vérifiez la jonction BC ou Base-Collector, vous touchez ces autres bornes et la lecture de tension devrait être similaire à celle ci-dessus.
     • Pour vérifier le gain actuel (hFE), tournez la molette de sélection sur la fonction hFE. Et en touchant l'émetteur et la base, et l'émetteur et le collecteur avec les sondes pour déterminer le gain hFE, qui sera le rapport entre les deux.
• BJT PNP: dans cet autre cas, la vérification est similaire, mais de manière inverse à celle d'un NPN.

Si les résultats obtenus sont des valeurs hors des attentes, le transistor indiquera qu'il ne fonctionne pas ou qu'il est défectueux et doit être remplacé.

Où acheter un BJT

Si vous voulez acheter transistors BJT bon marché, vous pouvez le faire dans n'importe quel magasin d'électronique ou plateforme en ligne spécialisée. Un endroit où vous trouverez ces appareils BJT est sur Amazon, et nous vous recommandons ceux-ci :

AUKENIEN 23 Valeurs...

Aucune évaluation

13,99 €

Voir l'offre Voir les fonctionnalités