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Vidéo de la leçon : Transistors Physique

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire comment les transistors peuvent être utilisés comme commutateurs électriques dans les circuits.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous parlons des transistors. Les transistors font partie de nombreux circuits électroniques modernes. Et cela inclut les microprocesseurs que nous trouvons dans les appareils informatiques. Il existe différents types de transistors, mais dans cette leçon, nous allons nous concentrer sur deux et voir comment ils fonctionnent.

Ces deux types de transistors dont nous parlerons sont des transistors à jonction bipolaire. Pour mieux comprendre ce terme, commençons par regarder le mot « jonction ». D’après ce que nous savons des diodes électriques, nous pouvons rappeler qu’une jonction est formée chaque fois que nous prenons un matériau semi-conducteur d’un type, disons de type p, ici, et le joignons avec le type de matériau semi-conducteur opposé, le type n. Une diode peut être soit formée par p puis n en deuxième, soit nous pouvons la retourner et avoir n et puis p. Quoi qu’il en soit, au niveau de ces interfaces où les deux types de matériaux semi-conducteurs se rencontrent, nous avons une jonction. Avec ces deux types de diodes, p-n puis n-p, nous pouvons voir qu’elles sont différentes simplement du fait de leur polarité.

Si nous connectons notre diode p-n à un circuit électrique avec notre source de tension orientée de cette façon, puisque la borne positive de notre source pointe vers la gauche, alors elle aura tendance à envoyer du courant dans le sens horaire dans le circuit. Et avec cette construction particulière de diodes, un semi-conducteur de type p puis un de type n, la charge peut circuler au niveau de la jonction entre eux. En conséquence, le courant peut exister sur tout le circuit. Donc, pour la polarité de notre diode, nous pouvons dire qu’elle est polarisée en direct. Elle est disposée de manière à ce que la charge puisse la traverser.

Mais maintenant, considérons plutôt de connecter notre circuit à la diode n-p. C’est identique à p-n, mais cela a été inversé. Sa polarité est inversée. Et cela signifie que lorsque la charge positive réelle commence à circuler dans le sens des aiguilles d’une montre à travers le circuit, dans ce cas, elle est incapable de traverser cette jonction du type n au type p. La diode bloque donc le flux de charge. Et cela signifie qu’aucun courant ne peut exister n’importe où dans le circuit. Quand une diode est disposée de cette façon par rapport à une alimentation en tension, nous disons qu’elle est polarisée en inverse.

Maintenant, nous évoquons tout cela parce que lorsque nous parlons de transistors, nous pouvons les considérer comme deux diodes assemblées. Disons, par exemple, que nous prenons notre diode n-p et que nous la fixons au bout de notre diode p-n. Nous obtenons alors cet empilement de matériaux semi-conducteurs, de type n puis p puis n. Lorsque nous faisons cela, nous avons formé un transistor de jonction bipolaire. Et plus précisément, cela s’appelle un transistor NPN. Jusqu’à un certain point, nous pouvons penser à ce transistor comme deux diodes jointes. Nous parlerons dans un instant des situations cela ne s’applique pas, mais à bien des égards, voir un transistor de cette façon nous aide à comprendre comment il fonctionne.

Pour cela, regardons comment fonctionne ce transistor lorsque nous le connectons à un circuit. Avec la pile agencée de cette manière, nous nous attendrions à ce que le courant conventionnel pointe dans le sens des aiguilles d’une montre. Mais nous voyons que lorsque ce courant rencontre notre transistor, il rencontre ce qui est essentiellement une diode à polarisation inverse. Cela signifie que la charge ne peut pas traverser la jonction entre ces types n et p. Puisque la charge ne passe pas alors dans ce transistor, le courant ne peut exister nulle part dans le circuit. Donc, pour le moment, notre transistor ne fonctionne vraiment pas comme il se doit. Tout ce qu’il fait, c’est arrêter le flux de charge.

Mais en général, un seul transistor peut être utilisé comme commutateur dans un circuit ou pour amplifier un courant. Pour que cela se produise, nous devons modifier un peu notre circuit. Nous allons ajouter une branche dans notre circuit ici. Et avec cela, nous allons inclure une deuxième alimentation en tension. Cette alimentation enverra un courant conventionnel vers le haut dans la partie de type p de notre transistor. Et rappelons que si nous considérons que ce courant se déplace dans cette direction dans notre jonction, nous pouvons dire que cette diode avec laquelle nous travaillons est polarisée en direct. C’est donc pour cela que la charge peut circuler dans cette partie de notre transistor. Et par conséquent, le courant peut exister dans cette partie spécifique de notre circuit.

Avec toute cette charge circulant dans cette petite boucle, si nous considérons le courant généré par ce que nous appelons notre alimentation en tension primaire, maintenant avec une charge circulant déjà de cette manière à travers une partie de notre transistor, le courant provenant de notre alimentation primaire est en mesure de traverser cette jonction ici alors que ce ne serait normalement pas possible. Nous avons mentionné plus tôt que nous pouvons considérer les transistors comme deux diodes assemblées, mais que ce n’est vrai que jusqu’à un certain point. Eh bien, nous y voici. Parce que si nous ne considérions que nos types de semi-conducteurs n et p comme une diode, il ne serait pas possible d’avoir une charge circulant dans cette jonction.

Mais puisque nous travaillons avec un transistor et que nous avons déjà une charge qui traverse cette partie à polarisation directe, dans ces conditions, la charge peut effectivement traverser cette barrière entre type n et type p. Et puis une fois que la charge électrique est arrivée jusque-là, rien ne l’empêche de continuer dans le transistor. Ainsi, la charge peut circuler tout autour de cette plus grande boucle extérieure de notre circuit.

Maintenant, dans un circuit à transistors typique, le courant ici, qui allume en fait le transistor, est de très faible amplitude par rapport au courant provenant de notre source principale. Avec ce courant plus petit qui allume le transistor, nous pouvons voir que nous amplifions le courant dans le transistor tout en permettant au courant d’exister dans cette partie de notre circuit.

Maintenant que notre circuit de transistors fonctionne, notez qu’il y a trois fils qui se connectent aux différentes parties du transistor. Chacun de ces fils ou points de connexion a son propre nom. Rappelant que le courant conventionnel se déplace dans le sens des aiguilles d’une montre dans notre circuit, ce fil électrique s’appelle ici le collecteur. C’est ainsi que notre transistor collecte la charge. Jumelé avec lui, à l’autre extrémité de notre transistor, nous avons l’émetteur. C’est là que le courant conventionnel ou la charge sort. Et puis ce dernier fil de connexion ici qui va au milieu de notre transistor s’appelle la base. La base est ce que nous fournissons avec cette plus petite quantité de courant, depuis notre source de tension secondaire, et qui se déplace ensuite à travers l’émetteur et permet à la charge de circuler globalement du collecteur à l’émetteur.

Lorsque nous voyons un transistor comme celui-ci dessiné dans un diagramme ou un schéma, parfois le collecteur, la base et l’émetteur sont simplement indiqués par de simples lettres. Et notez que nous pouvons utiliser ces noms pour les différentes parties du transistor. Lorsque nous savons cela, cela peut nous aider à nous rappeler la signification de chaque lettre et pourquoi ces noms ont été donnés.

Jusqu’à présent, nous avons examiné un type particulier de transistor à jonction bipolaire, le type NPN. Le deuxième transistor étroitement lié que nous considérerons est le transistor PNP. Comme nous pouvons le deviner, ce type de transistor est formé par un ensemble d’un semi-conducteur de type p, d’un autre de type n et puis d’un type p. Si nous connectons ce type de transistor à un circuit et si nous considérons encore une fois que ce point de connexion est le collecteur, celui-ci ici l’émetteur et celui-ci la base, alors si nous connectons à nouveau des sources de tension primaire puis secondaire, pour que ce circuit à transistors fonctionne correctement, nous devons inverser la polarité de ces deux sources.

Configuré comme ceci, si nous ne considérons que les effets de notre alimentation en tension primaire, nous savons que, orienté de cette façon, cela enverra du courant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Quand il atteindra le transistor, la charge pourra traverser cette jonction p-n ici. Mais quand il atteindra cette jonction effectivement inversée entre les types n et p, la charge sera bloquée. Ainsi, aucune charge ne passera dans le transistor et, par conséquent, aucun courant n’existera dans le circuit.

De la même manière qu’avant, bien que, cette fois, nous ayons cette deuxième alimentation en tension qui envoie du courant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre à travers cette petite boucle. Et la charge peut en effet passer dans cette partie p-à-n polarisée en direct de notre transistor. Lorsque cela se produit, comme précédemment, cela permet le passage de ce courant dans la plus grande boucle extérieure en laissant la charge dans ce courant passer dans cette jonction ici et continuer sur le collecteur du transistor. Et donc en allumant notre transistor, nous pouvons dire, en établissant un courant dans la petite boucle, que nous permettons à la charge de circuler dans le transistor et, par conséquent, dans notre plus grand circuit.

Ce sont donc les idées de base du fonctionnement des transistors à jonction bipolaire PNP et NPN. Bien que ces deux types partagent des similitudes, notez que la direction du courant qui les traverse est opposée. Dans le transistor NPN, le courant conventionnel arrive dans la base puis sort par l’émetteur, ce qui permet au courant du circuit principal d’entrer par le collecteur et de sortir par l’émetteur. Avec un transistor PNP, tout est inversé. Le courant conventionnel provenant de la branche de base de notre circuit arrive dans le transistor par l’émetteur. Et cela permet au courant du circuit principal, le courant dans la plus grande boucle externe, de passer de l’émetteur au collecteur dans le transistor.

Donc, selon que nous parlons d’un transistor NPN ou PNP, la direction du flux de courant conventionnel dans le transistor varie. Sachant tout cela, exerçons-nous avec un exemple.

Un transistor PNP est connecté à une source de courant continu, comme indiqué sur le schéma. Les deux parties p sont identiques. Laquelle des parties du transistor est le collecteur? Laquelle des parties du transistor est l’émetteur?

En regardant notre schéma, nous voyons notre transistor PNP connecté à un circuit électrique. Les trois parties de ce transistor appelées P un, N et P deux décrivent un type spécifique de matériau semi-conducteur, de type p ou de type n. On nous dit que les deux parties p de ce transistor, P un et P deux, sont identiques. Et en voyant comment ce transistor est agencé dans ce circuit électrique, nous voulons d’abord répondre à la question de savoir laquelle de ces trois parties du transistor est la partie collecteur.

Maintenant, ce terme «collecteur» fait référence à un point de connexion du transistor. Et nous voyons sur notre schéma qu’il y en a trois, ce point ici, celui-ci, et celui-là. Pour nous aider à déterminer lequel de ces points de connexion est attaché au collecteur, nous pouvons rappeler qu’en général, un transistor PNP a un collecteur, une base et un émetteur. Et notez que le collecteur et l’émetteur correspondent tous deux à des parties de semi-conducteurs de type p.

Donc, en considérant le transistor PNP dans notre croquis, nous savons que la réponse à cette première question, laquelle des parties est la partie collecteur, sera P un ou P deux. Autrement dit, une extrémité de ce transistor est le collecteur et l’autre est l’émetteur. Mais laquelle est-ce? Est-ce que P un est le collecteur et P deux l’émetteur? Ou est-ce le contraire?

Pour répondre à cette question, nous devrons examiner la façon dont le courant conventionnel traverse le transistor. En raison de la polarité de notre alimentation en tension, nous savons que le courant conventionnel est dans le sens inverse des aiguilles d’une montre tout au long de ce circuit. Et notez que nous supposons que notre transistor a été activé pour que le courant puisse effectivement exister tout au long de cette boucle. Maintenant que nous savons cela, la vraie question, de cette première partie de notre question est la suivante: pour un transistor PNP, le courant conventionnel arrive-t-il par le collecteur ou par l’émetteur?

En se basant sur le nom de ces parties, nous pourrions nous attendre à ce que le courant conventionnel entre par le collecteur et sorte par l’émetteur. Cependant, il s’avère que cela n’est vrai que pour un transistor NPN. Mais ici, nous avons ce que nous pourrions appeler le type opposé, le PNP. Cela signifie que la direction dans laquelle le courant conventionnel se déplace dans notre transistor, comme nous l’avons dessiné, est de droite à gauche, de l’émetteur vers le collecteur. Donc, c’est la deuxième partie de type p que notre courant atteint qui est le collecteur dans un transistor PNP. Et en regardant la façon dont la charge passera dans ce transistor sur notre schéma, nous voyons que cette deuxième partie est P deux. Puisqu’il s’agit de la dernière partie de notre transistor que la charge traverse quand elle se déplace dans ce circuit, nous savons que c’est le collecteur de notre transistor.

Maintenant que nous avons compris cela, trouver la réponse à la deuxième partie de notre question est plus simple. Ici, nous voulons identifier quelle partie du transistor est l’émetteur. Nous avons vu que dans un transistor PNP, la charge se déplace de l’émetteur vers le collecteur. Et par conséquent, dans notre schéma, la première partie de notre transistor que le courant conventionnel rencontre est l’émetteur. C’est P un. Et c’est notre réponse à «Laquelle des parties du transistor est l’émetteur?»

Prenons un moment pour résumer ce que nous avons appris sur les transistors. Dans cette leçon, nous avons vu que les transistors sont des composants électriques constitués de matériaux semi-conducteurs de type n et de type p assemblés. Les deux types de transistors courants, appelés transistors à jonction bipolaire, sont NPN et PNP. Lorsqu’un transistor NPN est configuré dans un circuit, la charge doit d’abord être configurée pour passer dans la jonction p-n polarisée en direct du transistor ici. Cela signifie que la charge arrive dans ce qu’on appelle la base du transistor et sort de l’émetteur. Et cela permet à la charge dans la plus grande boucle de circuit d’entrer dans le collecteur du transistor, puis de sortir par l’émetteur.

Avec un transistor PNP, en revanche, lorsque ce transistor est dans un circuit, tous ces sens de courant sont inversés. Tout d’abord, la charge circule dans la jonction p-n polarisée dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Et cela permet ensuite à la charge de passer de l’émetteur au collecteur en traversant le transistor en général. Ainsi, dans un transistor NPN, le courant global passe du collecteur à l’émetteur, tandis que dans un transistor PNP, il passe de l’émetteur au collecteur. Voici un résumé des transistors.

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