Électronique de base - Configurations de transistors
Un transistor a 3 bornes, l'émetteur, la base et le collecteur. En utilisant ces 3 bornes, le transistor peut être connecté dans un circuit avec une borne commune à la fois à l'entrée et à la sortie dans 3 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 la borne de base 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 collecteurVCB est maintenu constant tout au long de cela.
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.
Current Amplification Factor (α)
Le rapport du changement du courant du collecteur ($ \ Delta I_ {C} $) au changement du courant de l'émetteur ($ \ Delta I_ {E} $) lorsque la tension du collecteur VCB est maintenu constant, est appelé comme Current amplification factor. Il est noté α.
$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} \: \: at \: constant \: V_ {CB} $$
Expression pour le courant du collecteur
Avec l'idée ci-dessus, essayons de dessiner une expression pour le courant de collecteur. Parallèlement au courant de l'émetteur qui circule, il y a une certaine quantité de courant de base IB qui 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
$$ \ mathbf {\ mathit {\ alpha I_ {E}}} $$
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
$$ I_ {C} \: = \: \ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO} $$
$$ I_ {E} \: = \: I_ {C} \: + \: I_ {B} $$
$$ I_ {C} \: = \: \ alpha (I_ {C} \: + \: I_ {B}) \: + \: I_ {CBO} $$
$$ I_ {C} (1 \: - \: \ alpha) \: = \: \ alpha I_ {B} \: + \: I_ {CBO} $$
$$ I_ {C} \: = \: (\ frac {\ alpha} {1 \: - \: \ alpha}) \: I_ {B} \: + \: (\ frac {I_ {CBO}} { 1 \: - \: \ alpha}) $$
$$ I_ {C} \: = \: (\ frac {\ alpha} {1 \: - \: \ alpha}) \: I_ {B} \: + \: (\ frac {1} {1 \: - \: \ alpha}) I_ {CBO} $$
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 VCBconstante, avec une légère augmentation de la tension de base de l'émetteur V EB , courant de l'émetteurIE augmente.
Courant d'émetteur IE est indépendant de la tension du collecteur VCB.
Tension du collecteur VCB peut affecter le courant du collecteur ICuniquement à basse tension, lorsque V EB est maintenu constant.
La résistance d'entrée ri est le rapport entre la variation de la tension de base de l'émetteur ($ \ Delta {V_ {EB}} $) et la variation du courant de l'émetteur ($ \ Delta {I_ {E}} $) à tension de base du collecteur constante VCB.
$$ \ eta \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {EB}}} {\ Delta {I_ {E}}} \: \: at \: constant \: V_ {CB} $$
Comme la résistance d'entrée est de très faible valeur, une petite valeur de V EB suffit pour produire un flux de courant important de courant d'émetteurIE.
La résistance de sortie r o est le rapport entre le changement de la tension de base du collecteur ($ \ Delta {V_ {CB}} $) et le changement du courant du collecteur ($ \ Delta {I_ {C}} $) à courant d'émetteur constantIE.
$$ r_ {o} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {CB}}} {\ Delta {I_ {C}}} \: at \: constant \: l_ {E} $$
Comme la résistance de sortie est de valeur très élevée, un grand changement de VCB produit un très petit changement dans le courant du collecteur IC.
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.
Base Current Amplification factor (β)
Le rapport entre le changement du courant du collecteur ($ \ Delta {I_ {C}} $) et le changement du courant de base ($ \ Delta {I_ {B}} $) est appelé Base 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
$$ \ beta \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {C}}} {\ Delta I_ {E} \: - \: \ Delta I_ {C}} $$
Diviser par $$
$$ \ beta \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$
$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$
Nous avons
$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$
Par conséquent,
$$ \ beta \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} $$
D'après l'équation ci-dessus, il est évident que, lorsque α s'approche de 1, β atteint l'infini.
Par conséquent, the current gain in Common Emitter connection is very high. C'est la raison pour laquelle cette connexion de circuit est principalement utilisée dans toutes les applications de transistors.
Expression pour le courant de collecteur
Dans la configuration de l'émetteur commun, IB est le courant d'entrée et IC est le courant de sortie.
Nous savons
$$ 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 IB = 0,
Le courant émetteur collecteur avec base ouverte est I PDG
$$ I_ {PDG} \: = \: \ frac {1} {1- \ alpha} \: I_ {CBO} $$
En substituant la valeur de this dans l'équation précédente, nous obtenons
$$ I_ {C} \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} I_ {B} \: + \: I_ {CEO} $$
$$ I_ {C} \: = \: \ beta I_ {B} \: + \: I_ {PDG} $$
Par conséquent, l'équation du courant de collecteur est obtenue.
Tension au genou
En configuration CE, en conservant le courant de base IB constante, si VCE est varié, IC augmente de près de 1v de VCEet reste constant par la suite. Cette valeur deVCE jusqu'à quel courant de collecteur IC change avec VCE s'appelle le Knee 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 gardant VCE constante, avec une légère augmentation de VBE le courant de base IB augmente rapidement que dans les configurations CB.
Pour toute valeur de VCE au-dessus de la tension du genou, IC est approximativement égal à βIB.
La résistance d'entrée ri est le rapport entre la variation de la tension de base de l'émetteur ($ \ Delta {V_ {BE}} $) et la variation du courant de base ($ \ Delta {I_ {B}} $) à tension constante de l'émetteur du collecteur VCE.
$$ r_ {i} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {BE}}} {\ Delta {I_ {B}}} \: at \: constant \: V_ {CE} $$
La résistance d'entrée étant de très faible valeur, une petite valeur de VBE est suffisant pour produire un grand flux de courant de courant de base IB.
La résistance de sortie ro est le rapport du changement de la tension de l'émetteur du collecteur ($ \ Delta {V_ {CE}} $) au changement du courant du collecteur ($ \ Delta {I_ {C}} $) à constante IB.
$$ r_ {o} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {CE}}} {\ Delta {I_ {C}}} \: at \: constant \: I_ {B} $$
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.
Current Amplification Factor (γ)
Le rapport entre le changement du courant de l'émetteur ($ \ Delta {I_ {E}} $) et le changement du courant de base ($ \ Delta {I_ {B}} $) est appelé Current Amplification factoren configuration de collecteur commun (CC). Il est désigné parγ.
$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {B}}} $$
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 $ \ Delta I_ {E} $
$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$
$$ \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$
$$ \ gamma \: = \: \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$
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.