Le transistor : principe de fonctionnement et technologie

Un transistor est définit comme  un dispositif électronique construit les   semi-conducteurs. Le  principe de fonctionnement ce composant est basé sur 2  jonctions PN, la première est  en direct et la deuxième est   en inverse. La jonction PN inverse est polarisée  par un  courant électrique qui doit être faible. On peut définir  l’effet transistor, par la commande  du courant qui est  très important, qui se base sur la loi  du courant amplifié.

Quand les transistors  ont été découverts ?

William Shockley, Walter Brain et  John Bardeen sont des physiciens américains. Ils  ont inventé En 1947 le transistor chez le laboratoire de Bell Téléphone. Grace à cette innovation Ils ont gagné  le prix Nobel pour  l’année 1956. Le transistor au silicium est produit  en 1954 par Texas Instruments pour la première fois.

Présentation d’un transistor bipolaire

Un transistor bipolaire contient  deux  jonctions PN ou bien des  diodes. Ils sont montés en sens inverse. On obtient 2 types de transistors en fonction du sens de montage de ces diodes: Présentation d’un transistor bipolaire Un transistor a  trois connexions : la base (B), l’émetteur (E) et le collecteur. Le transistor bipolaire NPN et PNP On modélise  l’émetteur par une flèche .Cela signifie le sens du courant dans la jonction (diode) entre l’émetteur et  la base du transistor. Nous appellons l’effet transistor la force qui permet à la diode de conduire en inverse quand il existe  une tension localisé  sur la base B. La modélisation d’un transistor PNP et NPN On peut dire que  le transistor est  l’association de 2 diodes qui sont représenté ci-dessus.

La polarisation 

Les règles

On  assure un bon  fonctionnement du transistor avec 2 sources d’alimentation. On les note  par  :
  • VBB alimente le circuit Base B
  • VCC alimente le circuit Collecteur C
Remarque : On peut réaliser L’alimentation VBB à partir de VCC.

Les caractéristiques d’un transistor bipolaire :

Pour ne pas détériorer le transistor,  les constructeurs ont défini  des valeurs  à ne pas dépasser:
  • VCE0, VMAX : c’est la tension collecteur/émetteur maximal à VBB égale à 0V.
  • VBE0 : c’est la tension base/émetteur maximal.
  • IC max : c’est le courant maximal au niveau du collecteur.
  • P : c’est la puissance maximal que le transistor peut dissiper  avec P = VCE.IC.

Principe d’un transistor 

Il  existe  un petit courant au niveau de la base Ib .Son fonctionnement  est la  permission  du mouvement  du courant plus grand  en partant du collecteur vers l’émetteur IC. Alors, l’équation suivante définit le courant Ib  multiplié par un coefficient β constant :

Ic = β.Ib

Principe d’un transistor  Pour cet exemple le courant dans le moteur est presque  200 fois égale au  courant de base . Exemple d’un transistor  dans le schéma On appele Le  coefficient β  aussi gain de courant du transistor est écrit  Hfe dans les  différents catalogues. Nous appellons  aussi  un coefficient d’amplification statique en courant. β  a une plage de variation entre 30 et  300 avec un  courante :
  • On appelle un transistor à petit signaux lorsque  β entre  100 et  300.
  • Pour  un transistor de puissance lorsque  β entre  30 et 100.

Comment calculer la résistance de base 

On calcule la résistance de base  pour trouver un courant de base suffisant. Il y a 2 cas possible lorsqu’on utilise un transistor en commutation: Dans le premier cas  le courant de base  égal à 0  et le transistor est bloqué. C’est-à-dire Il est un interrupteur ouvert. calcule de la résistance de base  Dans le deuxième cas on a la saturation du courant de base. C’est-à-dire  un interrupteur fermé. Comment calculer la résistance de base  Exemple de la calcule de la résistance de base  On commence par le courant Ic  Pour calculer la résistance de base Rb. On calcule ce courant calculé en fonction de la résistance aux bornes du circuit ou bien  de la charge et de la tension à ses bornes. Remarque : la tension Vce sat est presque égale  à  0 V mais pas nulle. le courant du collecteur d'un transistor Pour la saturation du transistor, il faut un courant Ib suffisant: β.Ib ≥ Ic. Si β est inférieur  ou égal à 200 d’après la documentation réalisé par le constructeur, il nous faut : le courant du based'un transistor Sachant que nous connaissons Ib , Alors on peut calculer maintenant Rb La résistance de base  d'un transistor On appelle la tension au niveau haut dans la sortie  NAND, alors  Voh = 3,5V selon le constructeur. Urb = V0H – Vbe  et on fait l’application numérique  = 3,5 – 0,7 = 2,8 V .Nous allons  trouver  Rb théoriquement : Exemple de la calcule  de La résistance de base  d'un transistor Pour saturer le transistor, nous choisissons une résistance normalisée deux à trois fois inférieur, ou bien  on choisit un nombre  pour saturer le transistor  entre deux et trois Ib. Alors dans ce cas nous allons donner la valeur Rb=1.2kΩ.

Le Transistor à effet de champ MOSFET

En générale, il existe deux structures pour un MOSFET : c’est le transistor à effet de champ à couche d’oxyde de silicium (MOS FET) ou bien le transistor à effet de champ à jonction (J-FET) Alors on ara 2 commandes possibles : Soit à enrichissement ou bien à appauvrissement . Il y aussi 2 autres types soit canal P ou bien  canal N. Le MOS FET  en anglais (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) son rôle est de  contrôler la « grande » source de courant de fuite abréviation (IDS), et aussi  la grille-source UGS qui a le rôle de contrôler la tension. On dope le canal   P ou N) dans la partie  du drain et la source . Ce dernier réalise une conduction  à l’aide de  la jonction PN .On le polarise en inverse dans la partie : grille et la source. Alors dans ce cas, il s’agit d’un contrôle de tension car la grille n’implique pas l’existence  du courant. On les  utilise comme des dispositifs semi-conducteurs dans la série des transistors. Sa particularité réside dans l’utilisation de champs électriques pour contrôler la forme du « canal » dans le matériau semi-conducteur, contrôlant ainsi sa conductivité. Ils sont  parmi les  concurrents des transistors bipolaires dans les différents  domaines, par exemple l’électronique numérique. Le Transistor à effet de champ MOSFET

Le Transistor IGBT

Le transistor qu’on l’appelle IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) est bipolaire. Il a une grille et isolée, c’est un dispositif qui contient un semi-conducteur. Il est de la série des transistors qui ont des commutateurs électroniques, ils sont des composants utilisés dans le domaine des électroniques de puissance. Aujourd’hui, un  IGBT est le premier responsable dans les améliorations en particulier dans la vitesse variable ainsi que dans les applications des machines électriques et des convertisseurs de puissance qu’on l’utilise dans la plupart du temps, par exemple dans le secteur automobile (les microcontrôleurs), domotique, bus, métros, avions, ascenseurs, télévision, bateaux, trains, électroménager, etc. Le Transistor IGBT Enfin,je vous invite de lire aussi sur notre site:    

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