Transistors bipolaires
Figure 1 : Deux configurations possibles des semi-conducteurs dans un transistor bipolaire.
Figure 1 : Deux configurations possibles des semi-conducteurs dans un transistor bipolaire.
Il y a plusieurs sortes de transistors bipolaires mais le principe de leur fonctionnement est la même. En fait, ils utilisent la même théorie que les diodes, puisse qu’il s’agit de jonctions pn, la seule différence est qu’il y a deux jonctions pour trois éléments :
- L’émetteur est la section de semi-conducteur qui « émet » les porteurs de charges (électrons ou trous) ;
- La base est la section qui contrôle le flux de porteurs ;
- Le collecteur est la section qui reçoit les porteurs.
La base, l’émetteur et le collecteur sont appelés des électrodes.
Classement
Les transistors sont classés comme « npn » ou « pnp » selon l’arrangement de leurs matériaux de type p et n. La section centrale, p ou n, est toujours mince comparée aux deux sections qui la prennent en sandwich, comme dans la figure 1. La portion centrale sert donc de lien pour deux jonctions pn.
Figure 2 : Symboles du circuit d’un transistor
Figure 2 : Symboles du circuit d’un transistor
Comme les porteurs majoritaires et minoritaires dans les types p et n sont l’inverse l’un de l’autre, le fonctionnement des transistors npn sera différent de ceux pnp. La figure 2 montre le schéma de ces transistors avec dans le cercle le symbole du transistor. La ligne horizontale représente la base, celle à angle avec une flèche est l’émetteur et l’autre le collecteur. La direction de la flèche sur l’émetteur distingue les transistors, elle :
- Sort de la base pour les npn ;
- Entre dans la base pour les pnp.
La flèche pointe toujours dans la direction de déplacement des « trous », du type p vers le type n, que le type p soit la base ou l’émetteur. D’autre part, les électrons se déplace avec ou à contre-sens de la flèche, comme dans une jonction de diode.
Construction
Les premiers transistors furent des transistors à pointe de contact produit de la même façon que les diodes à pointe: en appliquant momentanément un courant de haute tension entre le fil et le semi-conducteur de type n, il y a échauffement du matériau au point de contact qui transforme ce secteur en matériau de type p par arrachement d’électrons ce qui créent des ions positifs dans le matériau. La différence est dans le nombre de contacts nécessaires: deux. Le premier est nommé l’émetteur et le second le collecteur comme vu dans la figure 3 A.
Figure 3 : Construction de base des transistors bipolaires
Figure 3 : Construction de base des transistors bipolaires
Figure 3 : Construction de base des transistors bipolaires
Les transistors à pointe de contact n’est maintenant plus produit. Il a été remplacé par les transistors à jonctions, supérieur en tous points au premier: moins de bruit, meilleurs gains en courant et tension, moins couteux à produire en grande quantité. Ils sont manufacturés comme une jonction pn de diode par ensemencement ou alliage.
Quand les matériaux npn ou pnp croissent (3B), l’ensemencement des impuretés doit être inversé deux fois pour obtenir les deux jonctions du transistor. Si le transistor est fait par alliage, la jonction d’alliage (3C) ou par diffusion (3D) doit être aussi produite en deux endroits du cristal initial.
Figure 4 : Un transistor planar au silicium
Même s’il existe plusieurs façon de fabriquer des transistors, il est des plus importants de veiller au contrôle de qualité. Le moindre petit défaut peut en effet rendre l’appareil inutilisable ou non fiable parce qu’il ne correspondrait pas aux critères très sévères de dissipation de chaleur, de stabilité et de caractéristiques électroniques. Certaines techniques sont employées dans tous ces processus:
- Des bornes sont connectées à toutes les électrodes des semi-conducteurs;
- Le cristal est monté dans un assemblage spécial pour le protéger des coûts;
- Le transistor est scellé pour prévenir de toute contamination externe.