Quelles sont les caractéristiques du transistor?
Les transistors sont des composants d'appareils électroniques qui contrôlent et amplifient le flux d'électricité dans l'appareil. Ils sont considérés comme l'une des inventions les plus importantes dans le développement de l'électronique moderne. Les caractéristiques importantes du transistor qui affectent son fonctionnement incluent le gain, la structure et la polarité du transistor, ainsi que les matériaux de construction. Les caractéristiques des transistors peuvent varier considérablement en fonction de l'objectif du transistor.
Les transistors sont utiles car ils peuvent utiliser une petite quantité d’électricité comme signal pour contrôler le débit de quantités beaucoup plus importantes. La capacité du transistor à faire cela s'appelle le gain du transistor, qui est mesuré comme le rapport de la sortie produite par le transistor à l'entrée requise pour produire cette sortie. Plus la sortie par rapport à l'entrée est élevée, plus le gain est élevé. Ce rapport peut être mesuré en termes de puissance, de tension ou de courant de l'électricité. Le gain diminue à mesure que la fréquence de fonctionnement augmente.
Les caractéristiques des transistors varient en fonction de la composition du transistor. Les matériaux courants incluent les semi-conducteurs silicium, germanium et arséniure de gallium (GaAs). L'arséniure de gallium est souvent utilisé pour les transistors fonctionnant aux hautes fréquences car sa mobilité électronique, la vitesse à laquelle les électrons se déplacent à travers le matériau semi-conducteur, est plus rapide. Il peut également fonctionner en toute sécurité à des températures plus élevées dans les transistors en silicium ou en germanium. Le silicium a une mobilité électronique inférieure à celle des autres matériaux de transistor, mais il est couramment utilisé car le silicium est peu coûteux et peut fonctionner à des températures plus élevées que le germanium.
L'une des caractéristiques les plus importantes du transistor est la conception du transistor. Un transistor à jonction bipolaire (BJT) possède trois bornes appelées base, collecteur et émetteur, la base se trouvant entre le collecteur et l’émetteur. De petites quantités d’électricité se déplacent de la base vers l’émetteur, et le faible changement de tension entraîne des variations beaucoup plus importantes du flux d’électricité entre les couches émetteur et collecteur. Les BJT sont appelés bipolaires car ils utilisent à la fois des électrons chargés négativement et des trous d'électrons chargés positivement comme porteurs de charge.
Dans un transistor à effet de champ (FET), un seul type de porteur de charge est utilisé. Chaque FET possède trois couches semi-conductrices appelées grille, drain et source, qui sont respectivement analogues à la base, au collecteur et à l'émetteur des BJT. La plupart des FET ont également un quatrième terminal appelé corps, masse, base ou substrat. Le fait qu'un FET utilise des électrons ou des trous d'électrons pour porter des charges dépend de la composition des différentes couches semi-conductrices.
Chaque borne de semi-conducteur dans un transistor peut avoir une polarité positive ou négative, en fonction des substances avec lesquelles le matériau semi-conducteur principal du transistor a été dopé. Dans le dopage de type N, de petites impuretés d’arsenic ou de phosphore sont ajoutées. Chaque atome du dopant a cinq électrons dans sa couche externe. L'enveloppe externe de chaque atome de silicium ne comporte que quatre électrons. Chaque atome d'arsenic ou de phosphore fournit donc un excès d'électron qui peut se déplacer à travers le semi-conducteur, lui donnant une charge négative. Dans le dopage de type P, on utilise à la place du gallium ou du bore, qui ont tous deux trois électrons dans leur enveloppe extérieure. Cela donne au quatrième électron de la couche externe des atomes de silicium aucune liaison avec, produisant des porteurs de charge positive correspondants appelés trous d'électrons dans lesquels les électrons peuvent se déplacer.
Les transistors sont également classés en fonction de la polarité de leurs composants. Dans les transistors NPN, la borne centrale - la base dans les BJT, la porte dans les FET - a une polarité positive, tandis que les deux couches de chaque côté sont négatives. Dans un transistor PNP, l'inverse est le cas.