Configurations de transistors

Tout transistor a trois bornes, le emitter, le base, et le collector. En utilisant ces 3 bornes, le transistor peut être connecté dans un circuit avec une borne commune à l'entrée et à la sortie dans trois configurations possibles différentes.

Les trois types de configurations sont Common Base, Common Emitter et Common Collectorconfigurations. Dans chaque configuration, la jonction d'émetteur est polarisée en direct et la jonction de collecteur est polarisée en inverse.

Configuration de base commune (CB)

Le nom lui-même implique que le BaseLa borne est considérée comme une borne commune pour l'entrée et la sortie du transistor. La connexion de base commune pour les transistors NPN et PNP est illustrée dans la figure suivante.

Par souci de compréhension, considérons le transistor NPN en configuration CB. Lorsque la tension d'émetteur est appliquée, car elle est polarisée en direct, les électrons de la borne négative repoussent les électrons de l'émetteur et le courant circule à travers l'émetteur et la base vers le collecteur pour contribuer au courant du collecteur. La tension du collecteur V CB est maintenue constante pendant tout ce temps.

Dans la configuration CB, le courant d'entrée est le courant d'émetteur IE et le courant de sortie est le courant du collecteur IC.

Facteur d'amplification de courant (α)

Le rapport entre la variation du courant de collecteur (ΔI C ) et la variation du courant de l'émetteur (ΔI E ) lorsque la tension de collecteur V CB est maintenue constante est appeléCurrent amplification factor. Il est désigné parα.

$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $ à V CB constante

Expression pour le courant du collecteur

Avec l'idée ci-dessus, essayons de dessiner une expression pour le courant de collecteur.

Avec le courant de l'émetteur qui circule, il y a une certaine quantité de courant de base IBqui traverse la borne de base en raison de la recombinaison des trous d'électrons. Comme la jonction collecteur-base est polarisée en inverse, un autre courant circule en raison de porteurs de charge minoritaires. C'est le courant de fuite qui peut être compris commeIleakage. Cela est dû aux porteurs de charge minoritaires et donc très petits.

Le courant de l'émetteur qui atteint la borne du collecteur est

$$ \ alpha I_E $$

Courant total du collecteur

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {fuite} $$

Si la tension de base d'émetteur V EB = 0, même alors, il circule un petit courant de fuite, qui peut être appelé I CBO (courant de base de collecteur avec sortie ouverte).

Le courant du collecteur peut donc être exprimé comme

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ I_E = I_C + I_B $$

$$ I_C = \ alpha (I_C + I_B) + I_ {CBO} $$

$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$

$$ I_C = \ left (\ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} \ right) I_B + \ left (\ frac {1} {1 - \ alpha} \ right) I_ {CBO} $$

Par conséquent, le dérivé ci-dessus est l'expression du courant de collecteur. La valeur du courant de collecteur dépend du courant de base et du courant de fuite ainsi que du facteur d'amplification du courant de ce transistor utilisé.

Caractéristiques de la configuration CB

  • Cette configuration fournit un gain de tension mais pas de gain de courant.

  • Étant V CB constant, avec une légère augmentation de la tension de base de l'émetteur V EB , le courant de l'émetteur I E augmente.

  • Le courant d'émetteur I E est indépendant de la tension du collecteur V CB .

  • La tension du collecteur V CB peut affecter le courant du collecteur I C uniquement à basse tension, lorsque V EB est maintenu constant.

  • La résistance d'entrée Riest le rapport entre la variation de la tension de base de l'émetteur (ΔV EB ) et la variation du courant de l'émetteur (ΔI E ) à une tension de base de collecteur constante V CB .

$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {EB}} {\ Delta I_E} $ à V CB constante

  • Comme la résistance d'entrée est de très faible valeur, une faible valeur de V EB est suffisant pour produire un fort courant d'émetteur courant I E .

  • La résistance de sortie Roest le rapport entre la variation de la tension de base du collecteur (ΔV CB ) et la variation du courant de collecteur (ΔI C ) à courant d'émetteur constant IE.

$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CB}} {\ Delta I_C} $ à constante I E

  • Comme la résistance de sortie est de valeur très élevée, un grand changement V CB produit un très peu de changements dans le courant de collecteur I C .

  • Cette configuration offre une bonne stabilité contre l'augmentation de la température.

  • La configuration CB est utilisée pour les applications haute fréquence.

Configuration de l'émetteur commun (CE)

Le nom lui-même implique que le EmitterLa borne est considérée comme une borne commune pour l'entrée et la sortie du transistor. La connexion d'émetteur commune pour les transistors NPN et PNP est illustrée dans la figure suivante.

Tout comme dans la configuration CB, la jonction d'émetteur est polarisée en direct et la jonction de collecteur est polarisée en inverse. Le flux d'électrons est contrôlé de la même manière. Le courant d'entrée est le courant de baseIB et le courant de sortie est le courant du collecteur IC ici.

Facteur d'amplification du courant de base (β)

Le rapport entre la variation du courant de collecteur (ΔI C ) et la variation du courant de base (ΔI B ) est appeléBase Current Amplification Factor. Il est noté β.

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$

Relation entre β et α

Essayons de dériver la relation entre le facteur d'amplification du courant de base et le facteur d'amplification du courant d'émetteur.

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$

$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$

$$ I_E = I_B + I_C $$

$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$

$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$

Nous pouvons écrire

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$

Division par ΔI E

$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$

On a

$$ \ alpha = \ Delta I_C / \ Delta I_E $$

Par conséquent,

$$ \ beta = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} $$

D'après l'équation ci-dessus, il est évident que, lorsque α s'approche de 1, β atteint l'infini.

Par conséquent, the current gain in Common Emitter connection is very high. C'est la raison pour laquelle cette connexion de circuit est principalement utilisée dans toutes les applications de transistors.

Expression pour le courant de collecteur

Dans la configuration de l'émetteur commun, I B est le courant d'entrée et I C est le courant de sortie.

Nous savons

$$ I_E = I_B + I_C $$

Et

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ = \ alpha (I_B + I_C) + I_ {CBO} $$

$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$

Si le circuit de base est ouvert, c'est-à-dire si I B = 0,

Le courant émetteur collecteur avec base ouverte est I PDG

$$ I_ {CEO} = \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$

En substituant la valeur de this dans l'équation précédente, nous obtenons

$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + I_ {CEO} $$

$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$

Par conséquent, l'équation du courant de collecteur est obtenue.

Tension au genou

En configuration CE, en maintenant constant le courant de base I B , si V CE est varié, I C augmente de près de 1 V de V CE et reste constant par la suite. Cette valeur de V CE jusqu'à laquelle le courant de collecteur I C change avec V CE est appeléeKnee Voltage. Les transistors fonctionnant en configuration CE, ils fonctionnent au-dessus de cette tension de coude.

Caractéristiques de la configuration CE

  • Cette configuration offre un bon gain de courant et un gain de tension.

  • En maintenant V CE constant, avec une petite augmentation de V BE, le courant de base I B augmente rapidement que dans les configurations CB.

  • Pour toute valeur de V CE au-dessus de la tension du genou, I C est approximativement égale à ßi B .

  • La résistance d'entrée Riest le rapport entre la variation de la tension de base de l'émetteur (ΔV BE ) et la variation du courant de base (ΔI B ) à une tension de collecteur émetteur V CE constante .

$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $ à constante V CE

  • Comme la résistance d'entrée est de très faible valeur, une faible valeur de V BE est suffisante pour produire un grand flux de courant du courant I de base B .

  • La résistance de sortie Roest le rapport de changement dans le collecteur émetteur de tension (AV CE ) à la variation du courant de collecteur (AI C ) à I constant B .

$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $ à constante I B

  • Comme la résistance de sortie du circuit CE est inférieure à celle du circuit CB.

  • Cette configuration est généralement utilisée pour les méthodes de stabilisation de polarisation et les applications de fréquences audio.

Configuration du collecteur commun (CC)

Le nom lui-même implique que le CollectorLa borne est considérée comme une borne commune pour l'entrée et la sortie du transistor. La connexion de collecteur commune pour les transistors NPN et PNP est illustrée dans la figure suivante.

Tout comme dans les configurations CB et CE, la jonction d'émetteur est polarisée en direct et la jonction de collecteur est polarisée en inverse. Le flux d'électrons est contrôlé de la même manière. Le courant d'entrée est le courant de baseIB et le courant de sortie est le courant d'émetteur IE ici.

Facteur d'amplification de courant (γ)

Le rapport entre la variation du courant d'émetteur (ΔI E ) et la variation du courant de base (ΔI B ) est appeléCurrent Amplification factoren configuration de collecteur commun (CC). Il est noté γ.

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$

  • Le gain de courant en configuration CC est le même qu'en configuration CE.
  • Le gain de tension en configuration CC est toujours inférieur à 1.

Relation entre γ et α

Essayons de dessiner une relation entre γ et α

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$

$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$

$$ I_E = I_B + I_C $$

$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$

$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$

En substituant la valeur de I B , nous obtenons

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$

Division par ΔI E

$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$

$$ = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$

$$ \ gamma = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$

Expression du courant de collecteur

Nous savons

$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$

$$ I_E = I_B + I_C = I_B + (\ alpha I_E + I_ {CBO}) $$

$$ I_E (1 - \ alpha) = I_B + I_ {CBO} $$

$$ I_E = \ frac {I_B} {1 - \ alpha} + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$

$$ I_C \ cong I_E = (\ beta + 1) I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$

Ce qui précède est l'expression du courant de collecteur.

Caractéristiques de la configuration CC

  • Cette configuration fournit un gain de courant mais pas de gain de tension.

  • En configuration CC, la résistance d'entrée est élevée et la résistance de sortie est faible.

  • Le gain de tension fourni par ce circuit est inférieur à 1.

  • La somme du courant du collecteur et du courant de base est égale au courant de l'émetteur.

  • Les signaux d'entrée et de sortie sont en phase.

  • Cette configuration fonctionne comme une sortie d'amplificateur non inverseuse.

  • Ce circuit est principalement utilisé pour l'adaptation d'impédance. Cela signifie, pour conduire une charge à faible impédance à partir d'une source à haute impédance.