Electronique de puissance - BJT
Un transistor à jonction bipolaire (BJT) est un transistor dont le fonctionnement dépend du contact effectué par deux semi-conducteurs. Il peut agir comme un interrupteur, un amplificateur ou un oscillateur. Il est connu sous le nom de transistor bipolaire car son fonctionnement nécessite deux types de porteurs de charge (trous et électrons). Les trous constituent les porteurs de charge dominants dans les semi-conducteurs de type P tandis que les électrons sont les principaux porteurs de charge dans les semi-conducteurs de type N.
Symboles d'un BJT
Structure d'un BJT
Un BJT a deux jonctions PN connectées dos à dos et partageant une région B commune (base). Cela garantit des contacts dans toutes les régions qui sont la base, le collecteur et l'émetteur. La structure d'un transistor bipolaire PNP est illustrée ci-dessous.
Le BJT illustré ci-dessus se compose de deux diodes connectées dos à dos, ce qui entraîne l'appauvrissement des régions dites quasi-neutres. Les largeurs de quasi-neutre de l'émetteur, de la base et du collecteur sont indiquées ci-dessus par W E ', W B ' et W C '. Ils sont obtenus comme suit -
$$ W_ {E} ^ {'} = W_ {E} -X_ {n, BE} $$ $$ W_ {B} ^ {'} = W_ {B} -X_ {p, BE} -X_ {p , BC} $$ $$ W_ {C} ^ {'} = W_ {C} -X_ {n, BC} $$Les signes conventionnels des courants de l'émetteur, la base et le collecteur sont désignées par I E , I B et I C , respectivement. Par conséquent, le collecteur et le courant de base sont positifs lorsqu'un courant positif rencontre le collecteur ou le contact de base. De plus, le courant de l'émetteur est positif lorsque le courant quitte le contact de l'émetteur. Donc,
$$ I_ {E} = I_ {B} + I_ {C} $$Lorsqu'une tension positive est appliquée au contact de base par rapport au collecteur et à l'émetteur, la tension base-collecteur ainsi que la tension base-émetteur deviennent positives.
Pour simplifier, V CE est supposé égal à zéro.
La diffusion des électrons se produit de l'émetteur vers la base tandis que la diffusion des trous provient de la base vers l'émetteur. Une fois que les électrons atteignent la région appauvrie en base-collecteur, ils sont balayés à travers la région par un champ électrique. Ces électrons forment le courant du collecteur.
Lorsqu'un BJT est polarisé en mode actif direct, le courant d'émetteur total est obtenu en additionnant le courant de diffusion d'électrons ( I E, n ), le courant de diffusion de trou ( I E, p ) et le courant d'émetteur de base.
$$ I_ {E} = I_ {E, n} + I_ {E, p} + I_ {r, d} $$Le courant total du collecteur est donné par le courant de diffusion électronique ( I E, n ), moins le courant de recombinaison de base ( I r, B ).
$$ I_ {C} = I_ {E, n} -I_ {r, B} $$La somme du courant de base I B est obtenue en additionnant le courant de diffusion des trous ( I E, p ), le courant de recombinaison de base ( I r, B ) et le courant de recombinaison base-émetteur de la couche d'appauvrissement ( I r, d ).
$$ I_ {B} = I_ {E, p} + I_ {r, B} + I_ {r, d} $$Facteur de transport
Ceci est donné par le rapport du courant du collecteur et du courant de l'émetteur.
$$ \ alpha = \ frac {I_ {C}} {I_ {E}} $$En appliquant la loi actuelle de Kirchhoff, on constate que le courant de base est donné par la différence entre le courant de l'émetteur et le courant du collecteur.
Gain actuel
Ceci est donné par le rapport du courant du collecteur au courant de base.
$$ \ beta = \ frac {I_ {C}} {I_ {B}} = \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} $$Ce qui précède explique comment un BJT peut produire une amplification de courant. Le facteur de transport (α) s'approche de un si le courant du collecteur est presque équivalent au courant de l'émetteur. Le gain de courant (β) devient alors supérieur à un.
Pour une analyse plus approfondie, le facteur de transport (α) est réécrit comme un produit de l'efficacité de l'émetteur (γ E ) du facteur de transport de base (α T ) et du facteur de recombinaison de la couche d'appauvrissement (δ r ). Il est réécrit comme suit -
$$ \ alpha = \ gamma _ {E} \ times \ alpha _ {T} \ times \ delta _ {r} $$Ce qui suit est un résumé de l'efficacité de l'émetteur discuté, du facteur de transport de base et du facteur de recombinaison de la couche d'appauvrissement.