L'utilisation de dispositifs semi-conducteurs (SS) est largement répandue dans l'électronique radio. Pour cette raison, les dimensions de divers appareils ont diminué. Le transistor bipolaire a reçu une large application, en raison de certaines caractéristiques, sa fonctionnalité est plus large que celle d'un simple transistor à effet de champ. Pour comprendre pourquoi il est nécessaire et dans quelles conditions il est utilisé, il est nécessaire de considérer son principe de fonctionnement, ses méthodes de connexion et sa classification.
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Appareil et principe de fonctionnement
Un transistor est un semi-conducteur électronique composé de 3 électrodes dont une de commande. Un transistor de type bipolaire diffère d'un transistor polaire par la présence de 2 types de porteurs de charge (négatif et positif).
Les charges négatives sont des électrons qui sont libérés de l'enveloppe externe du réseau cristallin. Une charge de type positif, ou trous, se forme à la place de l'électron libéré.
Le dispositif d'un transistor bipolaire (BT) est assez simple, malgré sa polyvalence. Il est constitué de 3 couches de type conducteur : émetteur (E), base (B) et collecteur (K).
Un émetteur (du latin "libérer") est un type de jonction semi-conductrice dont la fonction principale est d'injecter des charges dans la base. Le collecteur (du latin « collecteur ») sert à recevoir les charges de l'émetteur. La base est l'électrode de commande.
Les couches d'émetteur et de collecteur sont presque les mêmes, mais diffèrent par le degré d'ajout d'impuretés pour améliorer les caractéristiques du PCB. L'ajout d'impuretés est appelé dopage. Pour la couche de collecteur (CL), le dopage est faiblement exprimé pour augmenter la tension de collecteur (Uk). La couche semi-conductrice d'émetteur est fortement dopée afin d'augmenter le claquage admissible en inverse U et d'améliorer l'injection de porteurs dans la couche de base (le coefficient de transfert de courant augmente - Kt). La couche de base est légèrement dopée pour fournir plus de résistance (R).
La transition entre la base et l'émetteur est plus petite que le K-B. En raison de la différence dans les zones, l'amélioration de Kt se produit. Pendant le fonctionnement du PCB, la transition K-B est activée avec une polarisation inverse pour libérer la fraction principale de la quantité de chaleur Q, qui est dissipée et permet un meilleur refroidissement du cristal.
La vitesse de BT dépend de l'épaisseur de la couche de base (BS). Cette dépendance est une valeur qui varie en proportion inverse. Avec moins d'épaisseur - plus de vitesse. Cette dépendance est liée au temps de vol des porteurs de charge.Cependant, dans le même temps, Uk diminue.
Un fort courant circule entre l'émetteur et K, appelé courant K (Ik). Un petit courant circule entre E et B - courant B (Ib), qui est utilisé pour le contrôle. Quand Ib change, Ik change.
Le transistor a deux jonctions p-n : E-B et K-B. Lorsque le mode est actif, E-B est connecté avec une polarisation de type direct et CB est connecté avec une polarisation inverse. Puisque la transition E-B est à l'état ouvert, des charges négatives (électrons) circulent dans le B. Après cela, elles se recombinent partiellement avec des trous. Cependant, la plupart des électrons atteignent K-B en raison de la faible légitimité et de l'épaisseur de B.
Dans BS, les électrons sont des porteurs de charge mineurs et le champ électromagnétique les aide à surmonter la transition K-B. Avec une augmentation de Ib, l'ouverture E-B s'élargira et plus d'électrons circuleront entre E et K. Dans ce cas, une amplification importante du signal de faible amplitude se produira, puisque Ik est supérieur à Ib.
Afin de comprendre plus facilement la signification physique du fonctionnement d'un transistor de type bipolaire, il est nécessaire de l'associer à un bon exemple. Il faut supposer que la pompe pour pomper l'eau est une source d'énergie, le robinet d'eau est un transistor, l'eau est Ik, le degré de rotation de la poignée du robinet est Ib. Pour augmenter la pression, vous devez tourner légèrement le robinet - pour effectuer une action de contrôle. Sur la base de l'exemple, nous pouvons conclure un principe simple de fonctionnement du logiciel.
Cependant, avec une augmentation significative de U à la transition K-B, une ionisation par impact peut se produire, ce qui entraîne une multiplication de la charge d'avalanche.Combiné à l'effet tunnel, ce processus donne un claquage électrique, et avec une augmentation du temps, un claquage thermique, qui désactive le PP. Parfois, une panne thermique se produit sans panne électrique à la suite d'une augmentation significative du courant à travers la sortie du collecteur.
De plus, lorsque U passe à K-B et E-B, l'épaisseur de ces couches change, si B est mince, alors un effet de fermeture se produit (on l'appelle aussi une crevaison B), dans lequel les transitions K-B et E-B sont connectées. En raison de ce phénomène, le PP cesse d'exercer ses fonctions.
Modes de fonctionnement
Le transistor de type bipolaire peut fonctionner selon 4 modes :
- Actif.
- Seuils (RO).
- Saturation (PH).
- Barrière (RB).
Le mode actif de BT est normal (NAR) et inverse (IAR).
Mode actif normal
Dans ce mode, U circule au niveau de la jonction E-B, qui est directe et est appelée tension E-B (Ue-b). Le mode est considéré comme optimal et est utilisé dans la plupart des schémas. La transition E injecte des charges dans la région de base, qui se dirigent vers le collecteur. Ce dernier accélère les charges, créant un effet boost.
Mode actif inverse
Dans ce mode, la transition K-B est ouverte. Le BT fonctionne dans le sens opposé, c'est-à-dire que les porteurs de charge de trou sont injectés à partir de K, en passant par le B. Ils sont collectés par la transition E. Les propriétés d'amplification du PP sont faibles et les BT sont rarement utilisés dans ce mode.
Mode saturé
À PH, les deux transitions sont ouvertes. Lorsque E-B et K-B sont connectés à des sources externes dans le sens avant, le BT fonctionnera dans le lanceur. Le champ électromagnétique de diffusion des jonctions E et K est affaibli par le champ électrique créé par des sources externes.En conséquence, il y aura une diminution de la capacité de barrière et une limitation de la capacité de diffusion des principaux porteurs de charge. L'injection des trous de E et K vers B commencera.Ce mode est principalement utilisé dans la technologie analogique, mais dans certains cas, il peut y avoir des exceptions.
Mode de coupure
Dans ce mode, le BT se ferme complètement et n'est pas capable de conduire le courant. Cependant, dans le BT, il existe des flux insignifiants de porteurs de charge mineurs, qui créent des courants thermiques de petites valeurs. Ce mode est utilisé dans différents types de protection contre les surcharges et les courts-circuits.
régime barrière
La base BT est connectée via une résistance à K. Une résistance est incluse dans le circuit K ou E, qui définit la valeur de courant (I) via le BT. BR est souvent utilisé dans les circuits, car il permet au BT de fonctionner à n'importe quelle fréquence et sur une plage de température plus large.
Schémas de commutation
Pour une utilisation et une connexion correctes des BT, vous devez connaître leur classification et leur type. Classification des transistors bipolaires :
- Matériau de production : germanium, silicium et arsenidogallium.
- Caractéristiques de fabrication.
- Puissance dissipée : faible puissance (jusqu'à 0,25 W), moyenne (0,25-1,6 W), puissante (supérieure à 1,6 W).
- Fréquence limite : basse fréquence (jusqu'à 2,7 MHz), moyenne fréquence (2,7-32 MHz), haute fréquence (32-310 MHz), micro-ondes (plus de 310 MHz).
- But fonctionnel.
Le but fonctionnel de BT est divisé en les types suivants :
- Amplifier les basses fréquences avec un facteur de bruit normalisé et non normalisé (NiNNKSh).
- Amplification des hautes fréquences avec NiNNKSh.
- Micro-onde amplificateur avec NiNNKSh.
- Amplification puissante de la haute tension.
- Générateur à hautes et ultra hautes fréquences.
- Dispositifs de commutation haute tension basse puissance et haute puissance.
- Puissant pulsé pour des valeurs U élevées.
De plus, il existe de tels types de transistors bipolaires:
- P-n-p.
- N-p-n.
Il existe 3 circuits pour allumer un transistor bipolaire, chacun ayant ses propres avantages et inconvénients:
- général B
- général e.
- général K
Allumage avec une base commune (OB)
Le circuit est appliqué à des fréquences élevées, permettant une utilisation optimale de la réponse en fréquence. Lors de la connexion d'un BT selon le schéma avec OE, puis avec OB, sa fréquence de fonctionnement augmentera. Ce schéma de connexion est utilisé dans les amplificateurs de type antenne. Le niveau de bruit aux hautes fréquences est réduit.
Avantages :
- Températures optimales et large gamme de fréquences (f).
- Royaume-Uni de grande valeur.
Défauts:
- Bas je gagne.
- Faible entrée R.
Commutation à émetteur commun (CE)
Lorsqu'il est connecté selon ce schéma, l'amplification se produit en U et I. Le circuit peut être alimenté à partir d'une source unique. Souvent utilisé dans les amplificateurs de puissance (P).
Avantages :
- Gains élevés pour I, U, P.
- Une alimentation.
- La variable de sortie U est inversée par rapport à l'entrée.
Il présente des inconvénients importants: les caractéristiques de stabilité et de fréquence de température les plus basses sont pires que lorsqu'elles sont connectées à OB.
Mise en marche avec un collecteur commun (OK)
L'entrée U est entièrement transférée vers l'entrée, et Ki est similaire lorsqu'il est connecté à un OE, mais il est faible en U.
Ce type de commutation est utilisé pour faire correspondre des cascades réalisées sur des transistors, ou avec une source de signal d'entrée qui a une sortie R élevée (microphone ou micro à condensateur). Les avantages sont les suivants : une grande valeur de l'entrée et une petite sortie R.L'inconvénient est le faible gain U.
Principales caractéristiques des transistors bipolaires
Les principales caractéristiques de BT :
- Je gagne.
- Entrée et sortie R.
- Revers Ik-e.
- Temps de mise en marche.
- Fréquence d'émission Ib.
- Inverser Ik.
- Valeur I maximale.
Applications
L'utilisation des transistors bipolaires est largement répandue dans tous les domaines de l'activité humaine. L'application principale de l'appareil a été reçue dans les appareils d'amplification, de génération de signaux électriques et sert également d'élément commuté. Ils sont utilisés dans divers amplificateurs de puissance, dans des alimentations ordinaires et à découpage avec la possibilité d'ajuster les valeurs de U et I, dans la technologie informatique.
De plus, ils sont souvent utilisés pour construire diverses protections des consommateurs contre les surcharges, les surtensions U et les courts-circuits. Ils sont largement utilisés dans les industries minières et métallurgiques.
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