Un transistor est un dispositif à semi-conducteurs, qui a été inventé en 1947 au Bell Lab par William Shockley, John Bardeen et Walter Houser Brattain. C'est un élément de base de tous les composants numériques. Le tout premier transistor inventé était un transistor de contact de point . La fonction principale d'un transistor est d'amplifier les signaux faibles et de les réguler en conséquence. Un transistor compromet des matériaux semi-conducteurs comme le silicium ou le germanium ou l'arséniure de gallium. Ils sont classés en deux types en fonction de leur structure, BJT- transistor à jonction bipolaire (transistors comme transistor à jonction, transistor NPN, transistor PNP) et transistor à effet de champ FET (transistors comme transistor à fonction de jonction et transistor à oxyde métallique, MOSFET à canal N , MOSFET à canal P), et là fonctionnalité (comme transistor à petit signal, petit transistor de commutation, transistor de puissance, transistor haute fréquence, phototransistor, transistors unijonction). Il se compose de trois parties principales: Emetteur (E), Base (B) et Collecteur (C), ou une Source (S), un drain (D) et une grille (G).

Qu'est-ce qu'un transistor de puissance?

Le dispositif à trois bornes qui est conçu spécifiquement pour contrôler la tension nominale élevée et gérer un grand nombre de niveaux de puissance dans un dispositif ou un circuit est un transistor de puissance. Le classification du transistor de puissance inclure les éléments suivants.

Transistor à jonction bipolaire (BJT)
Transistor à effet de champ semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET)
Transistor à induction statique (SIT)
Transistor bipolaire à grille isolée (IGBT).

Transitor à jonction bipolaire

Un BJT est un transistor à jonction bipolaire, capable de gérer deux polarités (trous et électrons), il peut être utilisé comme interrupteur ou comme amplificateur et également appelé dispositif de contrôle de courant. Voici les caractéristiques d'un Puissance BJT , elles sont

Il a une taille plus grande, de sorte que le courant maximum puisse le traverser
La tension de claquage est élevée
Il a une capacité de transport de courant plus élevée et une capacité de gestion de haute puissance
Il a une chute de tension à l'état passant plus élevée
Application haute puissance.

Transistor à effet de champ semi-conducteur à oxyde métallique MOS (MOSFET) -FET

MOSFET est une sous-classification du transistor FET, c'est un dispositif à trois bornes contenant des bornes de source, de base et de drain. La fonctionnalité MOSFET dépend de la largeur du canal. C'est-à-dire que si la largeur du canal est large, cela fonctionne efficacement. Voici les caractéristiques d'un MOSFET,

Il est également connu comme un contrôleur de tension
Aucun courant d'entrée n'est nécessaire
Une impédance d'entrée élevée.

Transistor à induction statique

C'est un appareil qui a trois bornes, avec une puissance et une fréquence élevées orientées verticalement. Le principal avantage du transistor à induction statique est qu'il présente une claquage de tension plus élevée par rapport au transistor à effet de champ FET. Voici les caractéristiques du transistor à induction statique,

transistor à induction statique

La longueur du canal est courte
Le bruit est moins
L'allumage et l'extinction sont de quelques secondes
La résistance terminale est faible.

Transistor bipolaire à grille isolée (IGBT)

Comme son nom l'indique, un IGBT est une combinaison de transistor FET et BJT dont la fonction est basée sur sa grille, où le transistor peut être activé ou désactivé en fonction de la grille. Ils sont couramment appliqués dans les appareils électroniques de puissance tels que les onduleurs, les convertisseurs et les blocs d'alimentation. Voici les caractéristiques du transistor bipolaire à grille isolée (IGBT),

transistor bipolaire à grille isolée (IGBT)

A l'entrée du circuit, les pertes sont moindres
gain de puissance plus élevé.

Structure du transistor de puissance

Le transistor de puissance BJT est un dispositif orienté verticalement ayant une grande surface de section transversale avec des couches alternées de type P et N sont connectées ensemble. Il peut être conçu en utilisant P-N-P ou un N-P-N transistor.

transistor pnp et npn

La construction suivante montre un type P-N-P, qui se compose de trois terminaux émetteur, base et collecteur. Lorsque le terminal de l'émetteur est connecté à une couche de type n hautement dopée, en dessous de laquelle une couche p modérément dopée de concentration 1016 cm-3 est présente, et une couche n légèrement dopée de concentration 1014 cm-3, qui est également appelée région de dérive du collecteur, où la région de dérive du collecteur décide de la tension de rupture du dispositif et en bas, il a une couche n + qui est une couche de type n hautement dopée de concentration 1019 cm-3, où le collecteur est gravé pour interface utilisateur.

Construction du transistor de puissance NPN BJT

Construction de transistor de puissance NPN

Fonctionnement du transistor de puissance

Le transistor de puissance BJT fonctionne dans quatre régions de fonctionnement, ils sont

Région coupée
Région active
Région de quasi saturation
Région de saturation dure.

Un transistor de puissance est dit être dans un mode de coupure si le transistor de puissance n-p-n est connecté à l'envers biais où

cas (i): La borne de base du transistor est connectée aux bornes négatives et d'émetteur du transistor est connectée au positif, et

cas (s): La borne de collecteur du transistor est connectée à la borne négative et la borne de base du transistor est connectée au positif qui est base-émetteur et collecteur-émetteur est en polarisation inverse.

transistor-région-de-puissance

Par conséquent, il n'y aura pas de flux de courant de sortie vers la base du transistor où IBE = 0, et il n'y aura pas non plus de courant de sortie traversant le collecteur vers l'émetteur puisque IC = IB = 0 qui indique que le transistor est à l'état bloqué, c'est-à-dire couper la région. Mais une petite fraction des flux de courant de fuite jette le transistor du collecteur à l'émetteur, c'est-à-dire ICEO.

Un transistor est dit à l'état inactif uniquement lorsque la région base-émetteur est polarisée en direct et la région collecteur-base est polarisée en inverse. Il y aura donc un flux de courant IB dans la base du transistor et un flux de courant IC à travers le collecteur vers l'émetteur du transistor. Lorsque IB augmente, IC augmente également.

transistor-région-active-de-puissance

Un transistor est dit en phase de quasi saturation si l'émetteur base-émetteur et le collecteur-base sont connectés en polarisation directe. Un transistor est dit en forte saturation si l'émetteur base-émetteur et le collecteur-base sont connectés en polarisation directe.

saturation-région-de-transistor de puissance

Caractéristiques de sortie V-I d'un transistor de puissance

Les caractéristiques de sortie peuvent être étalonnées graphiquement comme indiqué ci-dessous, où l'axe x représente VCE et l'axe y représente IC.

caractéristiques de sortie

Le graphique ci-dessous représente diverses régions comme la région de coupure, la région active, la région de saturation dure, la région de quasi saturation.
Pour différentes valeurs de VBE, il existe différentes valeurs de courant IB0, IB1, IB2, IB3, IB4, IB5, IB6.
Chaque fois qu'il n'y a pas de courant, cela signifie que le transistor est bloqué. Mais peu de courants de courant qui sont ICEO.
Pour une valeur augmentée de IB = 0, 1,2, 3, 4, 5. Où IB0 est la valeur minimale et IB6 est la valeur maximale. Lorsque VCE augmente, ICE augmente également légèrement. Où IC = ßIB, le dispositif est donc appelé dispositif de contrôle de courant. Ce qui signifie que l'appareil est dans une région active, qui existe pendant une période donnée.
Une fois que le circuit intégré a atteint son maximum, le transistor bascule vers la région de saturation.
Où il a deux régions de saturation, région de quasi saturation et région de saturation dure.
Un transistor est dit être dans une région de quasi saturation si et seulement si la vitesse de commutation de marche à arrêt ou d'arrêt à marche est rapide. Ce type de saturation s'observe dans l'application moyenne fréquence.
Alors que dans une région de saturation dure, le transistor a besoin d'un certain temps pour passer de l'état activé à l'état désactivé ou désactivé à l'état passant. Ce type de saturation s'observe dans les applications basse fréquence.

Avantages

Les avantages de la puissance BJT sont,

Le gain de tension est élevé
La densité du courant est élevée
La tension directe est faible
Le gain de bande passante est important.

Désavantages

Les inconvénients de la puissance BJT sont,

La stabilité thermique est faible
C'est plus bruyant
Le contrôle est un peu complexe.

Applications

Les applications de la puissance BJT sont,

Alimentations à découpage ( SMPS )
Relais
Amplificateurs de puissance
Convertisseurs CC-CA
Circuits de commande de puissance.

FAQ

1). Différence entre transistor et transistor de puissance?

Un transistor est un dispositif électronique à trois ou quatre bornes, où en appliquant un courant d'entrée à une paire de bornes du transistor, on peut observer un changement de courant dans une autre borne de ce transistor. Un transistor agit comme un interrupteur ou un amplificateur.

Alors qu'un transistor de puissance agit comme un dissipateur thermique, ce qui protège le circuit des dommages. Il est de plus grande taille qu'un transistor normal.

2). Quelle région du transistor le fait passer plus rapidement de marche à arrêt ou de marche à marche?

Le transistor de puissance lorsqu'il est en quasi saturation passe plus rapidement de marche à arrêt ou de marche à marche.

3). Que signifie N dans un transistor NPN ou PNP?

N dans les transistors de type NPN et PNP représente le type de porteurs de charge utilisés, qui est dans un type N les porteurs de charge majoritaires sont des électrons. Par conséquent, dans NPN, deux porteurs de charge de type N sont pris en sandwich avec un type P, et dans PNP un porteur de charge de type N unique est pris en sandwich entre deux porteurs de charge de type P.

4). Quelle est l'unité du transistor?

Les unités standard d'un transistor pour la mesure électrique sont respectivement Ampère (A), Volt (V) et Ohm (Ω).

5). Le transistor fonctionne-t-il en courant alternatif ou continu?

Un transistor est une résistance variable qui peut fonctionner à la fois sur AC et DC mais ne peut pas convertir de AC en DC ou DC en AC.

Le transistor un composant de base d'un système numérique , ils sont de deux types en fonction de leur structure et de leur fonctionnalité. Le transistor qui est utilisé pour contrôler une tension et un courant élevés est un BJT de puissance (transistor bipolaire) est un transistor de puissance. Il est également connu comme un dispositif de contrôle tension-courant qui fonctionne dans 4 régions de coupure, active, quasi saturation et saturation dure en fonction des alimentations données au transistor. Le principal avantage d'un transistor de puissance est qu'il agit comme un dispositif de contrôle de courant.