Qu’est-ce que le Transistor et ses fonctions et caractéristiques [Vidéo]

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Catalogue

Introduction

Catalogue

I Qu’est-ce que le transistor?

II Développement de Transistors

2.1 Triode à Vide

2.2 Transistors à Contact ponctuel

2.3 Transistors bipolaires et Unipolaires

2.4 Transistor au silicium

2.5 Circuits intégrés

2.6 Transistor à effet de champ (FET) et transistor MOS

2.7 Microprocesseur (CPU)

Classification III du transistor

3.1 Comment classer le transistor

3.2 Types de transistors et leurs caractéristiques

IV Paramètres principaux des Transistors

4.1 Facteur d’amplification du Courant continu

4.2 Facteur d’amplification du Courant alternatif

4.3 Puissance de dissipation

4.4 Fréquence caractéristique (fT)

4.5 Fréquence Maximale (fM)

4.6 Courant de collecteur Maximal (ICM)

4.7 Tension inverse maximale

Foire aux questions sur le Transistor et ses Fonctions et caractéristiques

Suggestion de livre

Introduction

Cet article présentera principalement ce qu’est exactement un transistor et ses caractéristiques et fonctions détaillées. Le transistor est une sorte de dispositif à semi-conducteur solide, qui a de nombreuses fonctions, telles que la détection, le redressement, l’amplification, la commutation, la stabilisation de la tension, la modulation du signal, etc. En tant que commutateur de courant variable, le transistor peut contrôler le courant de sortie en fonction de la tension d’entrée. Contrairement aux commutateurs mécaniques généraux (tels que les relais et les commutateurs), les transistors utilisent des signaux de télécommunication pour contrôler leur allumage et leur extinction, et la vitesse de commutation peut être très rapide, qui peut atteindre plus de 100 GHz dans le laboratory.In En 2016, une équipe du Lawrence Berkeley National Laboratory a franchi la limite physique et coupé le processus de transistor le plus sophistiqué disponible de 14 nm à 1 nm, faisant une percée dans la technologie informatique.

Qu’est-ce qu’un transistor ? Definition, Function & Uses

I Qu’est-ce que le transistor?

Les transistors sont des dispositifs à semi-conducteurs, couramment utilisés dans les amplificateurs ou les commutateurs à commande électrique. Les transistors sont le bloc de construction de base qui régule le fonctionnement des ordinateurs, des téléphones mobiles et de tous les autres circuits électroniques modernes.

En raison de sa réponse élevée et de sa grande précision, les transistors peuvent être utilisés pour une grande variété de fonctions numériques et analogiques, y compris les amplificateurs, les commutateurs, les stabilisateurs de tension, la modulation du signal et les oscillateurs. Les transistors peuvent être conditionnés indépendamment ou dans une zone très réduite, accueillant une partie de 100 millions ou plus de circuits intégrés à transistors.

(Technologie des transistors Intel 3D)

À proprement parler, les transistors désignent tous les éléments simples à base de matériaux semi-conducteurs, y compris les diodes, les transistors, les transistors à effet de champ, thyristors, etc. qui est fabriqué à partir de divers matériaux semi-conducteurs. Les transistors se réfèrent principalement à la triode à cristal.

Les transistors sont divisés en deux catégories principales : les transistors bipolaires (BJT) et les transistors à effet de champ (FET).

structure du transistor

Le transistor a trois pôles: les trois pôles du transistor bipolaire sont composés respectivement de type N et de type P: Émetteur, Base et Collecteur; les trois pôles du transistor à effet de champ sont: Source , Porte, Drain.

En raison des trois polarités du transistor, il existe également trois façons de les utiliser: émetteur mis à la terre (également appelé amplificateur d’émission commun / configuration CE), base mise à la terre (également appelée amplificateur de base commun / configuration CB) et collecteur mis à la terre (également appelé amplificateur d’ensemble commun / configuration CC / coupleur d’émetteur).

II Développement des Transistors

En décembre 1947, une équipe de Belle Labs, Shockley, Barding et Bratton, développa un transistor au germanium à contact ponctuel, dont l’avènement fut une invention majeure au 20ème siècle et le précurseur de la révolution de la microélectronique. Avec l’avènement des transistors, les gens ont pu utiliser un petit appareil électronique de faible puissance au lieu d’un tube à grand volume et à grande consommation d’énergie. L’invention du transistor sonnait le klaxon pour la naissance du circuit intégré.

Au début des années 1910, les systèmes de communication ont commencé à utiliser des semi-conducteurs. Dans la première moitié du 20ème siècle, les radios de minerai largement populaires chez les amateurs de radio sont utilisées pour la détection en utilisant de tels semi-conducteurs. Les propriétés électriques des semi-conducteurs se sont également appliquées dans les systèmes téléphoniques.

• 2.1 Triode sous vide

En février 1939, il y a une grande découverte du laboratoire Bell —- la jonction PN au silicium. En 1942, un étudiant nommé Seymour Benzer du groupe de recherche de l’Université Purdue dirigé par Lark Horovitz a découvert que les monocristaux de germanium ont d’excellentes propriétés de rectification que les autres semi-conducteurs n’ont pas. Ces deux découvertes répondaient aux exigences du gouvernement des États-Unis et préparaient la voie à l’invention ultérieure des transistors.

• 2.Transistors à contact ponctuel à 2

En 1945, le transistor à contact ponctuel inventé par Shockley et d’autres scientifiques est devenu le précurseur de la révolution microélectronique humaine. Pour cette raison, Shockley a déposé la demande de brevet pour le premier transistor pour Bell. Enfin, il obtient l’autorisation du premier brevet de transistor.

• 2.3 Transistors bipolaires et unipolaires

En 1952, Shockley a en outre proposé le concept de transistor à jonction unipolaire basé sur le transistor bipolaire en 1952, appelé transistor à jonction aujourd’hui. Sa structure est similaire à celle du transistor bipolaire PNP ou NPN, mais il existe une couche de déplétion à l’interface du matériau PN pour former un contact redresseur entre la grille et le canal conducteur du drain de source. En même temps, le semi-conducteur aux deux extrémités est utilisé comme grille. Le courant entre la source et le drain est réglé par la grille.

Un aperçu détaillé du fonctionnement d’un transistor à jonction bipolaire NPN et de ce qu’il fait

• Transistor au silicium 2.4

Fairy Les semi-conducteurs qui produisent des transistors sont passés d’une entreprise de plusieurs personnes à une grande entreprise de 12 000 employés.

• 2.5Circuits intégrés

Après l’invention du transistor au silicium en 1954, la grande perspective d’application des transistors est de plus en plus évidente. Le prochain objectif des scientifiques est de connecter plus efficacement des transistors, des fils et d’autres appareils.

• 2.6 Transistor à effet de champ (FET) et transistor MOS

En 1962, Stanley, Heiman et Hofstein, qui travaillaient dans le Groupe de recherche sur l’intégration des dispositifs RCA, ont découvert que les transistors, c’est-à-dire les transistors MOS, pouvaient être construits par diffusion et oxydation thermique de bandes conductrices, de canaux à haute résistance et d’isolateurs d’oxyde sur des substrats Si.

• 2.7 Microprocesseur (CPU)

Au début de la fondation d’Intel, la société se concentrait toujours sur les barres de mémoire. Hoff a intégré toutes les fonctions du processeur central sur une seule puce, ainsi que de la mémoire. Et c’est le premier microprocesseur au monde—-4004 (1971). La naissance de 4004 marque le début d’une ère. Depuis lors, Intel est devenu incontrôlable et dominant dans le domaine de la recherche sur les microprocesseurs.

En 1989, Intel a introduit 80486 processeurs. En 1993, Intel a développé une nouvelle génération de processeurs. Et en 1995, Intel a publié Pentium_Pro. Le processeur PentiumII est sorti en 1997. En 1999, le processeur Pentium III est sorti et le processeur Pentium 4 est en 2000.

III Classification du transistor

• 3.1 Comment classer le transistor

>Matériau utilisé dans le transistor

Selon les matériaux semi-conducteurs utilisés dans le transistor, il peut être divisé en transistor au silicium et en germanium transistor. Selon la polarité du transistor, il peut être divisé en transistor NPN au germanium, transistor PNP au germanium, transistor NPN au silicium et transistor PNP au silicium.

>Technologie

Selon leur structure et leur processus de fabrication, les transistors peuvent être divisés en transistors diffusants, transistors en alliage et transistors planes.

>Capacité de courant

Selon la capacité de courant, les transistors peuvent être divisés en transistors de faible puissance, transistors de moyenne puissance et transistors de haute puissance.

>Fréquence de fonctionnement

Selon la fréquence de fonctionnement, les transistors peuvent être divisés en transistors basse fréquence, transistors haute fréquence et transistors ultra haute fréquence.

>Structure de l’emballage

Selon la structure d’emballage, les transistors peuvent être divisés en transistors d’emballage en métal, transistors d’emballage en plastique, transistors d’emballage de coque en verre, transistors d’emballage de surface et transistors d’emballage en céramique, etc.

>Fonctions et usages

Selon les fonctions et les usages, les transistors peuvent être divisés en transistors amplificateurs à faible bruit, transistors amplificateurs à moyenne-haute fréquence, transistors de commutation, transistors Darlington, transistors à haute tension arrière, transistors à arrêt de bande, transistors d’amortissement, transistors hyperfréquences, transistors optiques et transistors magnétiques et de nombreux autres types.

• 3.2 Types de transistors et leurs caractéristiques

>Transistor géant (GTR)

Le GTR est un transistor à jonction bipolaire à haute tension et à courant élevé (BJT), il est donc parfois appelé puissance BJT.

Caractéristiques: Haute tension, courant élevé, bonnes caractéristiques de commutation, puissance d’entraînement élevée, mais le circuit d’entraînement est complexe; Le principe de fonctionnement du RTM et des transistors à jonction bipolaire ordinaires est le même.

>Phototransistor

Les phototransistors sont des dispositifs optoélectroniques constitués de transistors bipolaires ou de transistors à effet de champ. La lumière est absorbée dans la région active de tels dispositifs, produisant des porteurs photo-générés qui traversent un mécanisme d’amplification électrique interne et génèrent un gain de photocourant. Les phototransistors fonctionnent à trois extrémités, de sorte qu’ils sont faciles à réaliser un contrôle électronique ou une synchronisation électrique.

Les matériaux utilisés dans les phototransistors sont généralement des GaAs, qui sont principalement divisés en phototransistors bipolaires, phototransistors à effet de champ et leurs dispositifs associés. Les phototransistors bipolaires ont généralement un gain élevé, mais pas trop rapide. Pour les GaAs-GaAlAs, le facteur de grossissement peut être supérieur à 1000, le temps de réponse est supérieur à la nanoseconde, ce qui est souvent utilisé comme photodétecteur et amplification optique.

Les phototransistors à effet de champ (FET) réagissent rapidement (environ 50 picosecondes), mais l’inconvénient est que la surface photosensible et le gain sont faibles, ce qui est souvent utilisé comme photodétecteur à ultra-haute vitesse. Il existe de nombreux autres dispositifs optoélectroniques planaires associés, dont les caractéristiques sont une vitesse de réponse élevée (le temps de réponse est de plusieurs dizaines de picosecondes) et conviennent à l’intégration. Ce type de dispositifs devrait être appliqué en intégration optoélectronique.

>Transistor bipolaire

Le transistor bipolaire est une sorte de transistor couramment utilisé dans les circuits audio. Le bipolaire résulte de l’écoulement du courant dans deux types de matériaux semi-conducteurs. Les transistors bipolaires peuvent être divisés en type NPN ou type PNP en fonction de la polarité de la tension de fonctionnement.

>Transistor à jonction bipolaire (BJT)

« Bipolaire » signifie que les électrons et les trous sont en mouvement en même temps qu’ils fonctionnent. Le transistor à jonction bipolaire, également connu sous le nom de triode semi-conductrice, est un dispositif qui combine deux jonctions PN à travers un certain processus. Il existe deux structures combinées de PNP et de NPN. Élicitation externe de trois pôles: collecteur, émetteur et base. BJT a une fonction d’amplification, qui dépend de son courant d’émetteur peut être transmis à travers la zone de base vers la zone de collecteur.

Pour assurer ce processus de transport, d’une part, les conditions internes doivent être satisfaites, c’est-à-dire que la concentration d’impuretés dans la région d’émission doit être beaucoup plus grande que la concentration d’impuretés dans la région de base et que l’épaisseur de la zone de base doit être très faible; d’autre part, les conditions externes doivent être satisfaites. C’est-à-dire que la jonction d’émission doit être polarisée positivement (plus tension positive) et que la jonction de collecteur doit être polarisée inversement. Il existe de nombreux types de BJT, selon la fréquence, il existe des tubes haute et basse fréquence; selon la puissance, il existe des tubes de petite, moyenne et haute puissance; selon le matériau semi-conducteur, il existe des tubes en silicium et en germanium, etc. Le circuit amplificateur se compose d’un émetteur commun, d’une base commune et d’un collecteur commun.

BJT

>Transistor à effet de champ (FET)

la signification de « effet de champ » est que le principe du transistor est basé sur l’effet de champ électrique du semi-conducteur.

Les transistors à effet de champ sont des transistors qui fonctionnent sur le principe des effets de champ. Il existe deux principaux types de FET: le FET de jonction (JFET) et les FET Semi-conducteurs à Oxyde métallique (MOS-FET). Contrairement à BJT, FET se compose d »une seule porteuse, donc il est aussi appelé un transistor unipolaire. Il appartient aux dispositifs à semi-conducteurs à tension contrôlée qui présentent les avantages d’une résistance d’entrée élevée, d’une faible consommation d’énergie à faible bruit, d’une large plage dynamique, d’une intégration facile, d’une absence de panne secondaire, d’une large zone de travail sûre, etc.

L’effet de champ consiste à modifier la direction ou l’amplitude du champ électrique perpendiculaire à la surface du semi-conducteur pour contrôler la densité ou le type de la plupart des porteurs dans la couche conductrice du semi-conducteur (canal). Le courant dans le canal est modulé par la tension et le courant de travail est transporté par la plupart des porteuses dans le semi-conducteur. Comparé aux transistors bipolaires, le FET se caractérise par une impédance d’entrée élevée, un faible bruit, une fréquence limite élevée, une faible consommation d’énergie, un processus de fabrication simple et de bonnes caractéristiques de température, largement utilisés dans divers amplificateurs, circuits numériques et circuits hyperfréquences, etc. Les MOSFET métalliques à base de silicium et les FET à barrière Schottky (MESFET) à base de GaAs sont deux des transistors à effet de champ les plus importants. Ce sont les dispositifs de base du circuit intégré à grande échelle MOS et du circuit intégré à ultra haute vitesse MES respectivement.

FET

>Transistor à un seul électron

Un transistor qui peut enregistrer un signal avec une ou une petite quantité d’électrons. Avec le développement de la technologie de gravure à semi-conducteurs, l’intégration de circuits intégrés à grande échelle devient de plus en plus élevée. Prenons l’exemple de la mémoire vive dynamique (DRAM), son intégration croît à un rythme de près de quatre fois tous les deux ans, et on s’attend à ce que le transistor à un seul électron soit le but ultime.

À l’heure actuelle, la mémoire moyenne contient 200 000 électrons, tandis que le transistor à un seul électron ne contient qu’un ou quelques électrons, ce qui réduira considérablement la consommation d’énergie et améliorera l’intégration des circuits intégrés. En 1989, J.H.F.Scott-Thomas et d’autres chercheurs ont découvert le phénomène de blocage de Coulomb. Lorsqu’il y a une tension appliquée, il n’y aura pas de courant traversant le point quantique si la variation de la quantité de charge électrique dans un point quantique est inférieure à un électron.

La relation courant-tension n’est donc pas une relation linéaire normale, mais une relation en forme de pas.Cette expérience est la première fois dans l’histoire que le mouvement d’un électron est contrôlé manuellement, ce qui fournit la base expérimentale pour la fabrication d’un transistor à un seul électron.

>Transistor Bipolaire à Grille isolante (IGBT)

Le Transistor bipolaire à Grille isolante combine les avantages du Transistor Géant – GTR et des MOSFET de Puissance. Il a de bonnes propriétés et a un large éventail d’applications. IGBT est également un appareil à trois terminaux: porte, collecteur et émetteur.

IV Paramètres principaux des transistors

Les paramètres principaux du transistor comprennent le facteur d’amplification de courant, la puissance de dissipation, la fréquence caractéristique, le courant de collecteur maximum, la tension inverse maximale, le courant inverse, etc.

• 4.1 Facteur d’amplification de courant CONTINU

Le facteur d’amplification de courant continu, également appelé facteur d’amplification de courant statique ou facteur d’amplification CC, fait référence au rapport entre IC du courant de collecteur de transistor et le courant de base IB, qui est généralement exprimé par hFE ou β, lorsque l’entrée de signal statique n’est pas modifiée.

• 4.2 Facteur d’amplification de courant alternatif

Le facteur d’amplification de courant alternatif, également appelé facteur d’amplification CA et facteur d’amplification de courant dynamique, fait référence au rapport IC / IB à l’état ALTERNATIF, qui est généralement exprimé par hfe ou β. hfe et β sont étroitement liés mais également différents. Les deux paramètres sont proches à basse fréquence et présentent quelques différences à haute fréquence.

• 4.3 Puissance de dissipation

La puissance de dissipation, également appelée puissance de dissipation maximale admissible du collecteur —- PCM, se réfère à la puissance de dissipation maximale du collecteur lorsque le paramètre du transistor ne dépasse pas la valeur admissible prescrite.

La puissance de dissipation est étroitement liée au courant maximal admissible de jonction et de collecteur du transistor. La consommation d’énergie réelle du transistor ne doit pas dépasser la valeur PCM lorsqu’il est utilisé, sinon le transistor sera endommagé par une surcharge.

Le transistor dont la puissance de dissipation PCM est inférieure à 1W est généralement appelé transistor de faible puissance, qui est égal ou supérieur à 1W, le transistor inférieur à 5W est appelé transistor de puissance moyenne, et le transistor dont PCM est égal ou supérieur à 5W est appelé transistor de haute puissance.

• 4.4 Fréquence caractéristique (fT)

Lorsque la fréquence de fonctionnement du transistor dépasse la fréquence de coupure fß ou fa, le facteur d’amplification de courant β diminue avec l’augmentation de la fréquence. La fréquence caractéristique est la fréquence du transistor à laquelle la valeur β est réduite à 1.

Les transistors dont la fréquence caractéristique est inférieure ou égale à 3MHZ sont généralement appelés transistors à basse fréquence, les transistors à fT supérieur ou égal à 30MHZ sont appelés transistors à haute fréquence, les transistors à fT supérieur à 3MHZ et les transistors inférieurs à 30MHZ sont appelés transistors à fréquence intermédiaire.

• 4.5 Fréquence maximale (fM)

La fréquence d’oscillation maximale est la fréquence à laquelle le gain de puissance du transistor est réduit à 1.

En général, la fréquence d’oscillation maximale des transistors haute fréquence est inférieure à la fréquence de coupure de base commune fa, tandis que la fréquence caractéristique fT est supérieure à la fréquence de coupure de base commune fa et inférieure à la fréquence de coupure de collecteur commun fß.

• 4.6 Courant de collecteur maximal (ICM)

Le courant de collecteur maximal (ICM) est le courant maximal autorisé à travers le collecteur du transistor. Lorsque le courant collecteur IC du transistor dépasse ICM, la valeur β du transistor changera évidemment, ce qui affectera son fonctionnement normal et provoquera même des dommages.

• 4.7 Tension inverse maximale

La tension inverse maximale est la tension de fonctionnement maximale que le transistor est autorisé à appliquer lorsqu’il est en fonctionnement. Il comprend la tension de claquage inverse collecteur-émetteur, la tension de claquage inverse collecteur-base et la tension de claquage inverse émetteur-base.

>Tension de claquage inverse Collecteur-collecteur

Cette tension désigne la tension inverse maximale admissible entre le collecteur et l’émetteur lorsque le circuit de base du transistor est ouvert, généralement exprimée en VCEO ou BVCEO.

>Tension de claquage Inverse Base-Base

La tension se réfère à la tension inverse maximale admissible entre le collecteur et la base lorsque le transistor est déclenché, qui est exprimée en VCBO ou BVCBO.

>Tension de claquage inverse Émetteur-émetteur

Cette tension désigne la tension inverse maximale admissible entre l’émetteur et la base lorsque le collecteur du transistor est ouvert, exprimée en VEBO ou BVEBO.

Courant inverse entre le collecteur et l’électrode de base

>Courant inverse collecteur-base (ICBO)

L’ICBO, également appelé courant de fuite inverse du collecteur, fait référence au courant inverse entre le collecteur et l’électrode de base lorsque l’émetteur du transistor est ouvert. Le courant inverse est sensible à la température. Plus la valeur est petite, meilleure est la caractéristique de température du transistor.

>Courant de claquage inverse Collecteur-émetteur (ICEO)

Courant de claquage inverse ICEO entre collecteur et émetteur

ICEO est le courant de fuite inverse entre collecteur et émetteur lorsque la base du transistor est ouverte. Plus le courant est petit, meilleures sont les performances du transistor.

Foire aux questions sur le Transistor et ses Fonctions et caractéristiques

1. Qu’est-ce qu’un transistor et comment fonctionne-t-il?
Un transistor est un composant électronique miniature qui peut effectuer deux tâches différentes. Il peut fonctionner comme un amplificateur ou un commutateur: … Un petit courant électrique traversant une partie d’un transistor peut faire circuler un courant beaucoup plus important dans une autre partie de celui-ci. En d’autres termes, le petit courant allume le plus grand.

2. Quelles sont les principales fonctions d’un transistor ?
Un transistor est un dispositif à semi-conducteur utilisé pour amplifier ou commuter des signaux électroniques et de l’énergie électrique. Les transistors sont l’un des éléments de base de l’électronique moderne. Il est composé d’un matériau semi-conducteur généralement avec au moins trois bornes pour la connexion à un circuit externe.

3.Quel est le principe du transistor?
Un transistor est constitué de deux diodes PN connectées dos à dos. Il a trois terminaux à savoir émetteur, base et collecteur. L’idée de base derrière un transistor est qu’il vous permet de contrôler le flux de courant à travers un canal en faisant varier l’intensité d’un courant beaucoup plus petit qui traverse un deuxième canal.

4. Quels sont les deux principaux types de transistors ?
Les transistors sont essentiellement classés en deux types; ce sont les Transistors à jonction Bipolaire (BJT) et les Transistors à Effet de Champ (FET). Les BJT sont à nouveau classés en transistors NPN et PNP.

5. Combien de types de transistors existe-t-il ?
deux types
Il existe deux types de transistors, qui présentent de légères différences dans leur utilisation dans un circuit. Un transistor bipolaire a des bornes étiquetées base, collecteur et émetteur.

6. Qu’est-ce que le transistor PNP et NPN?
Dans un transistor NPN, une tension positive est donnée à la borne du collecteur pour produire un flux de courant du collecteur vers l’émetteur. Dans un transistor PNP, une tension positive est donnée à la borne de l’émetteur pour produire un flux de courant de l’émetteur au collecteur.

7. Comment les transistors sont-ils mesurés?
La caractéristique de sortie du transistor est déterminée en examinant la variation de la tension entre les bornes collecteur-émetteur appartenant au courant collecteur pour différents courants de base. L’expérience est lancée en appuyant sur le bouton « Caractéristique de sortie” de l’appareil mobile.

8. Qu’est-ce qu’un transistor dans un processeur?
Un transistor est un composant électrique de base qui modifie le flux de courant électrique. Les transistors sont les éléments constitutifs des circuits intégrés, tels que les processeurs informatiques ou les processeurs. Les transistors des processeurs informatiques activent ou éteignent souvent les signaux.

9. Quel est le but d’un transistor NPN?
Définition: Le transistor dans lequel un matériau de type p est placé entre deux matériaux de type n est connu sous le nom de transistor NPN. Le transistor NPN amplifie le signal faible entrant dans la base et produit des signaux d’amplification forts à l’extrémité du collecteur.

10. À quoi servent les transistors dans un téléphone mobile?
Ils stockent une charge électrique. Ils stockent des données. Ils amplifient le signal entrant du téléphone.

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Informations pertinentes sur « Qu’est-ce qu’un transistor ainsi que sa fonction et sa caractéristique »

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