Comment fonctionne un transistor et où est-il utilisé ?

Un élément radioélectronique en matériau semi-conducteur, à l'aide d'un signal d'entrée, crée, amplifie, modifie des impulsions dans des circuits intégrés et des systèmes de stockage, de traitement et de transmission d'informations. Un transistor est une résistance dont les fonctions sont régulées par la tension entre l'émetteur et la base ou la source et la grille, selon le type de module.

Types de transistors

Les convertisseurs sont largement utilisés dans la production de microcircuits numériques et analogiques pour la mise à zéro du courant de consommation statique et l'obtention d'une linéarité améliorée. Les types de transistors diffèrent en ce que certains sont commandés par une variation de tension, les seconds sont régulés par une déviation de courant.

Les modules de terrain fonctionnent avec une résistance CC accrue, la transformation haute fréquence n'augmente pas les coûts énergétiques.Si nous disons ce qu'est un transistor en termes simples, il s'agit d'un module avec une marge de gain élevée. Cette caractéristique est plus grande chez les espèces de terrain que chez les types bipolaires. Les premiers n'ont pas de résorption des porteurs de charge, ce qui accélère le fonctionnement.

Les semi-conducteurs de champ sont plus souvent utilisés en raison de leurs avantages par rapport aux types bipolaires :

• résistance puissante à l'entrée en courant continu et haute fréquence, cela réduit la perte d'énergie pour le contrôle;
• manque d'accumulation d'électrons mineurs, ce qui accélère le fonctionnement du transistor;
• transport de particules en mouvement;
• stabilité aux écarts de température;
• petit bruit dû au manque d'injection;
• faible consommation d'énergie pendant le fonctionnement.

Les types de transistors et leurs propriétés déterminent le but. Le chauffage du convertisseur de type bipolaire augmente le courant le long du trajet du collecteur à l'émetteur. Ils ont un coefficient de résistance négatif et les porteurs mobiles affluent vers le dispositif de collecte depuis l'émetteur. La base mince est séparée par des jonctions pn et le courant ne se produit que lorsque des particules en mouvement s'accumulent et sont injectées dans la base. Certains porteurs de charge sont capturés par une jonction p-n adjacente et accélérés, c'est ainsi que les paramètres des transistors sont calculés.

Les FET ont un autre type d'avantage qui doit être mentionné pour les nuls. Ils sont connectés en parallèle sans égaliser la résistance. Les résistances ne sont pas utilisées à cette fin, car l'indicateur augmente automatiquement lorsque la charge change. Pour obtenir une valeur élevée du courant de commutation, un complexe de modules est recruté, qui est utilisé dans des onduleurs ou d'autres appareils.

Il est impossible de connecter un transistor bipolaire en parallèle, la détermination des paramètres fonctionnels conduit au fait qu'un claquage thermique de nature irréversible est détecté. Ces propriétés sont liées aux qualités techniques des canaux p-n simples. Les modules sont connectés en parallèle à l'aide de résistances pour égaliser le courant dans les circuits émetteurs. En fonction des caractéristiques fonctionnelles et des spécificités individuelles, les types bipolaires et de champ sont distingués dans la classification des transistors.

Transistors bipolaires

Les conceptions bipolaires sont produites sous forme de dispositifs semi-conducteurs à trois conducteurs. Des couches avec une conductivité p de trou ou une conductivité n d'impureté sont fournies dans chacune des électrodes. Le choix d'un ensemble complet de couches détermine la libération de types d'appareils p-n-p ou n-p-n. Au moment où l'appareil est allumé, différents types de charges sont simultanément transférés par des trous et des électrons, 2 types de particules sont impliqués.

Les porteurs se déplacent en raison du mécanisme de diffusion. Les atomes et les molécules d'une substance pénètrent dans le réseau intermoléculaire d'un matériau voisin, après quoi leur concentration se stabilise dans tout le volume. Le transport s'effectue des zones de forte compaction vers les zones de faible teneur.

Les électrons se propagent également sous l'action d'un champ de force autour des particules avec une inclusion inégale d'additifs d'alliage dans la masse de base. Pour accélérer le fonctionnement de l'appareil, l'électrode connectée à la couche médiane est rendue mince. Les conducteurs les plus externes sont appelés émetteur et collecteur. La caractéristique de tension inverse de la transition est sans importance.

FET

Le transistor à effet de champ contrôle la résistance à l'aide d'un champ électrique transversal résultant de la tension appliquée. L'endroit à partir duquel les électrons se déplacent dans le canal s'appelle la source et le drain ressemble au point final d'entrée des charges. La tension de commande passe par un conducteur appelé grille. Les appareils sont divisés en 2 types :

• avec jonction p-n de contrôle ;
• Transistors MIS à grille isolée.

Les dispositifs du premier type contiennent une tranche de semi-conducteur dans la conception, qui est connectée au circuit contrôlé à l'aide d'électrodes sur des côtés opposés (drain et source). Un endroit avec un type de conductivité différent se produit après que la plaque est connectée à la porte. Une source de polarisation constante insérée dans le circuit d'entrée produit une tension de blocage à la jonction.

La source de l'impulsion amplifiée est également située dans le circuit d'entrée. Après avoir changé la tension à l'entrée, l'indicateur correspondant à la jonction p-n est transformé. L'épaisseur de la couche et la section transversale de la jonction de canal dans le cristal, qui transmet le flux d'électrons chargés, sont modifiées. La largeur du canal dépend de l'espace entre la région d'appauvrissement (sous la grille) et le substrat. Le courant de commande aux points de début et de fin est contrôlé en modifiant la largeur de la région d'appauvrissement.

Le transistor MIS est caractérisé par le fait que sa grille est séparée par un isolant de la couche de canal. Dans un cristal semi-conducteur, appelé substrat, des sites dopés de signe opposé sont créés. Des conducteurs y sont installés - un drain et une source, entre lesquels un diélectrique est situé à une distance inférieure à un micron. Sur l'isolant, il y a une électrode métallique - un obturateur.En raison de la structure résultante contenant un métal, une couche diélectrique et un semi-conducteur, les transistors portent l'abréviation MIS.

Appareil et principe de fonctionnement pour les débutants

Les technologies fonctionnent non seulement avec une charge d'électricité, mais aussi avec un champ magnétique, des quanta de lumière et des photons. Le principe de fonctionnement du transistor réside dans les états entre lesquels commute le dispositif. Opposé petit et grand signal, état ouvert et fermé - c'est le double travail des appareils.

Avec le matériau semi-conducteur dans la composition, utilisé sous la forme d'un monocristal, dopé à certains endroits, le transistor a dans sa conception :

• conclusions du métal;
• isolants diélectriques;
• boîtier de transistors en verre, métal, plastique, cermet.

Avant l'invention des dispositifs bipolaires ou polaires, les tubes électroniques à vide étaient utilisés comme éléments actifs. Les circuits développés pour eux, après modification, sont utilisés dans la production de dispositifs semi-conducteurs. Ils pourraient être connectés en tant que transistor et utilisés, car de nombreuses caractéristiques fonctionnelles des lampes conviennent pour décrire le fonctionnement des espèces de champ.

Avantages et inconvénients du remplacement des lampes par des transistors

L'invention des transistors est un facteur stimulant pour l'introduction de technologies innovantes en électronique. Le réseau utilise des éléments semi-conducteurs modernes, par rapport aux anciens circuits de lampes, de tels développements présentent des avantages:

• petites dimensions et faible poids, ce qui est important pour l'électronique miniature;
• la possibilité d'appliquer des processus automatisés dans la production d'appareils et de regrouper les étapes, ce qui réduit les coûts ;
• l'utilisation de sources de courant de petite taille en raison du besoin de basse tension;
• mise en marche instantanée, le chauffage de la cathode n'est pas nécessaire ;
• efficacité énergétique accrue grâce à une dissipation de puissance réduite ;
• force et fiabilité;
• interaction bien coordonnée avec des éléments supplémentaires du réseau ;
• résistance aux vibrations et aux chocs.

Les inconvénients apparaissent dans les dispositions suivantes :

• les transistors au silicium ne fonctionnent pas à des tensions supérieures à 1 kW, les lampes sont efficaces à des débits supérieurs à 1-2 kW ;
• lors de l'utilisation de transistors dans des réseaux de diffusion haute puissance ou des émetteurs micro-ondes, une adaptation des amplificateurs basse puissance connectés en parallèle est nécessaire ;
• la vulnérabilité des éléments semi-conducteurs aux effets d'un signal électromagnétique ;
• une réaction sensible aux rayons cosmiques et aux rayonnements, nécessitant à cet égard le développement de microcircuits résistants aux rayonnements.

Schémas de commutation

Pour fonctionner en un seul circuit, le transistor nécessite 2 sorties en entrée et en sortie. Presque tous les types de dispositifs à semi-conducteurs n'ont que 3 points de connexion. Pour sortir d'une situation difficile, l'une des extrémités est désignée comme commune. Cela conduit à 3 schémas de connexion communs :

• pour transistor bipolaire ;
• appareil polaire;
• avec un drain ouvert (collecteur).

Le module bipolaire est connecté à un émetteur commun pour l'amplification de tension et de courant (MA). Dans d'autres cas, il correspond aux broches d'une puce numérique lorsqu'il y a une grande tension entre le circuit externe et le plan de câblage interne.C'est ainsi que fonctionne la connexion du collecteur commun, et seule une augmentation du courant (OK) est observée. Si vous devez augmenter la tension, l'élément est introduit avec une base commune (OB). L'option fonctionne bien dans les circuits en cascade composés, mais est rarement définie dans les projets à transistor unique.

Des dispositifs à semi-conducteurs de terrain de variétés MIS et utilisant une jonction p-n sont inclus dans le circuit :

• avec un émetteur commun (CI) - une connexion similaire à l'OE d'un module de type bipolaire
• avec une seule sortie (OS) - un plan de type OK;
• avec un obturateur commun (OZ) - une description similaire de l'OB.

Dans les plans à drain ouvert, le transistor est activé avec un émetteur commun faisant partie du microcircuit. La sortie du collecteur n'est pas connectée aux autres parties du module et la charge va au connecteur externe. Le choix de l'intensité de la tension et de l'intensité du courant de collecteur est effectué après l'installation du projet. Les dispositifs à drain ouvert fonctionnent dans des circuits avec des étages de sortie puissants, des pilotes de bus, des circuits logiques TTL.

A quoi servent les transistors ?

Le périmètre est délimité en fonction du type d'appareil - module bipolaire ou champ. Pourquoi les transistors sont-ils nécessaires ? Si un faible courant est nécessaire, par exemple, dans les plans numériques, des vues de champ sont utilisées. Les circuits analogiques atteignent une linéarité de gain élevée sur une plage de tensions d'alimentation et de sorties.

Les zones d'installation des transistors bipolaires sont les amplificateurs, leurs combinaisons, les détecteurs, les modulateurs, les circuits logistiques des transistors et les onduleurs de type logique.

Les lieux d'application des transistors dépendent de leurs caractéristiques. Ils fonctionnent selon 2 modes :

• de manière amplifiée, modifier l'impulsion de sortie avec de petites déviations du signal de commande ;
• dans la régulation à clé, commandant l'alimentation des charges à faible courant d'entrée, le transistor est complètement fermé ou ouvert.

Le type de module semi-conducteur ne change pas les conditions de son fonctionnement. La source est connectée à la charge, par exemple, un interrupteur, un amplificateur, un dispositif d'éclairage, il peut s'agir d'un capteur électronique ou d'un puissant transistor adjacent. À l'aide du courant, le fonctionnement du dispositif de charge commence et le transistor est connecté au circuit entre l'installation et la source. Le module semi-conducteur limite l'intensité de l'énergie fournie à l'unité.

La résistance en sortie du transistor est transformée en fonction de la tension sur le conducteur de commande. L'intensité et la tension du courant au début et à la fin du circuit changent et augmentent ou diminuent et dépendent du type de transistor et de la façon dont il est connecté. La commande d'une alimentation commandée entraîne une augmentation de courant, une impulsion de puissance ou une augmentation de tension.

Les transistors des deux types sont utilisés dans les cas suivants :

1. Dans la régulation numérique. Des conceptions expérimentales de circuits amplificateurs numériques basés sur des convertisseurs numérique-analogique (DAC) ont été développées.
2. dans les générateurs d'impulsions. Selon le type de montage, le transistor fonctionne dans un ordre clé ou linéaire pour reproduire respectivement des signaux carrés ou arbitraires.
3. Dans les appareils électroniques. Pour protéger les informations et les programmes contre le vol, le piratage et l'utilisation illégaux. L'opération se déroule en mode clé, l'intensité du courant est contrôlée sous forme analogique et est régulée à l'aide de la largeur d'impulsion.Les transistors sont placés dans les entraînements des moteurs électriques, commutant les stabilisateurs de tension.

Les semi-conducteurs monocristallins et les modules ouverts et fermés augmentent la puissance, mais fonctionnent uniquement comme des interrupteurs. Dans les appareils numériques, les transistors de type champ sont utilisés comme modules économiques. Les technologies de fabrication dans le concept d'expériences intégrées prévoient la production de transistors sur une seule puce de silicium.

La miniaturisation des cristaux conduit à des ordinateurs plus rapides, moins d'énergie et moins de chaleur.

Articles similaires :