Contrôle du compteur d'un transistor (BJT)

Les transistors bipolaires sont constitués d'un « sandwich » semi-conducteur à trois couches, soit PNP, soit NPN. En tant que tels, les transistors s'enregistrent comme deux diodes connectées dos à dos lorsqu'ils sont testés avec la fonction de "résistance" ou de "vérification de diode" d'un multimètre, comme illustré dans la figure ci-dessous. Les lectures de faible résistance sur la base avec les fils négatifs noirs (-) correspondent à un matériau de type N dans la base d'un transistor PNP. Sur le symbole, le matériau de type N est « pointé » par la flèche de la jonction base-émetteur, qui est la base de cet exemple. L'émetteur de type P correspond à l'autre extrémité de la flèche de la jonction base-émetteur, l'émetteur. Le collecteur est très similaire à l'émetteur et est également un matériau de type P de la jonction PN.

Vérification du compteur à transistor PNP :(a) avant B-E, B-C, la résistance est faible ; (b) inverse B-E, B-C, la résistance est .

Ici, je suppose l'utilisation d'un multimètre avec une seule fonction de plage de continuité (résistance) pour vérifier les jonctions PN. Certains multimètres sont équipés de deux fonctions de contrôle de continuité distinctes :la résistance et le « contrôle de diode », chacune ayant son propre objectif. Si votre compteur dispose d'une fonction désignée de "vérification de diode", utilisez-la plutôt que la plage de "résistance", et le compteur affichera la tension directe réelle de la jonction PN et pas seulement si elle conduit ou non du courant.

Les relevés de compteur seront bien sûr exactement le contraire pour un transistor NPN, avec les deux jonctions PN tournées dans l'autre sens. Les lectures de faible résistance avec le fil rouge (+) sur la base sont la condition « opposée » pour le transistor NPN.

Si un multimètre avec une fonction de « contrôle de diode » est utilisé dans ce test, on constatera que la jonction émetteur-base possède une chute de tension directe légèrement supérieure à celle de la jonction collecteur-base. Cette différence de tension directe est due à la disparité de concentration de dopage entre les régions d'émetteur et de collecteur du transistor :l'émetteur est une pièce de matériau semi-conducteur beaucoup plus fortement dopée que le collecteur, ce qui provoque sa jonction avec la base pour produire une tension directe plus élevée. déposer.

Sachant cela, il devient possible de déterminer quel fil est lequel sur un transistor banalisé. Ceci est important car l'emballage des transistors, malheureusement, n'est pas standardisé. Tous les transistors bipolaires ont bien sûr trois fils, mais les positions des trois fils sur le boîtier physique réel ne sont pas disposées dans un ordre universel et standardisé.

Supposons qu'un technicien trouve un transistor bipolaire et procède à la mesure de la continuité avec un multimètre réglé en mode « contrôle de diode ». En mesurant entre les paires de fils et en enregistrant les valeurs affichées par le compteur, le technicien obtient les données de la figure ci-dessous.

• Mètre touchant les fils 1 (+) et 2 (-) :« OL »
• Mètre touchant les fils 1 (-) et 2 (+) :« OL »
• Mètre touchant les fils 1 (+) et 3 (-) :0,655 V
• Mètre touchant les fils 1 (-) et 3 (+) :« OL »
• Mètre touchant les fils 2 (+) et 3 (-) :0,621 V
• Compteur touchant les fils 2 (-) et 3 (+) :« OL »

Transistor bipolaire inconnu. Quels terminaux sont émetteur, base et collecteur ? Lectures de -mètre entre les terminaux.

Les seules combinaisons de points de test donnant des lectures de compteurs conductrices sont les fils 1 et 3 (fil de test rouge sur 1 et fil de test noir sur 3) et les fils 2 et 3 (fil de test rouge sur 2 et fil de test noir sur 3). Ces deux lectures doit indiquent une polarisation directe de la jonction émetteur-base (0,655 volts) et de la jonction collecteur-base (0,621 volts).

Nous recherchons maintenant le fil commun aux deux ensembles de lectures conductrices. Ce doit être la connexion de base du transistor car la base est la seule couche du dispositif à trois couches commune aux deux ensembles de jonctions PN (émetteur-base et collecteur-base). Dans cet exemple, ce fil est le numéro 3, étant commun aux combinaisons de points de test 1-3 et 2-3. Dans ces deux ensembles de relevés de compteurs, le noir (-) Le fil de test du compteur touchait le fil 3, ce qui nous indique que la base de ce transistor est en matériau semi-conducteur de type N (noir =négatif). Ainsi, le transistor est un PNP avec une base sur le fil 3, un émetteur sur le fil 1 et un collecteur sur le fil 2 comme décrit dans la figure ci-dessous.

• E et C haut R :1 (+) et 2 (-) :« OL »
• C et E haut R :1 (-) et 2 (+) :« OL »
• E et B vers l'avant :1 (+) et 3 (-) :0,655 V
• E et B inversé :1 (-) et 3 (+) :« OL »
• C et B vers l'avant :2 (+) et 3 (-) :0,621 V
• C et B inversé :2 (-) et 3 (+) :« OL »

Terminaux BJT identifiés par Ω-mètre.

Veuillez noter que le fil de base dans cet exemple n'est pas le conducteur central du transistor, comme on pourrait s'y attendre du modèle «sandwich» à trois couches d'un transistor bipolaire. C'est assez souvent le cas et a tendance à dérouter les nouveaux étudiants en électronique. La seule façon de savoir quel fil est lequel est par un contrôle du compteur ou en se référant à la documentation de la « fiche technique » du fabricant sur ce numéro de pièce particulier du transistor.

Savoir qu'un transistor bipolaire se comporte comme deux diodes dos à dos lorsqu'il est testé avec un conductimètre est utile pour identifier un transistor inconnu uniquement par des lectures de compteur. Il est également utile pour un contrôle fonctionnel rapide du transistor. Si le technicien devait mesurer la continuité dans plus de deux ou moins de deux des six combinaisons de cordons de test, il saurait immédiatement que le transistor était défectueux (ou qu'il ne l'était pas un transistor bipolaire mais plutôt autre chose - une possibilité distincte si aucun numéro de pièce ne peut être référencé pour une identification sûre !). Cependant, le modèle à « deux diodes » du transistor n'explique pas comment ou pourquoi il agit comme un dispositif d'amplification.

Pour mieux illustrer cela, examinons l'un des circuits de commutation à transistors en utilisant le schéma physique de la figure ci-dessous plutôt que le symbole schématique pour représenter le transistor. De cette façon, les deux jonctions PN seront plus faciles à voir.

Un petit courant de base circulant dans la jonction base-émetteur polarisée en direct permet un flux de courant important à travers la jonction base-collecteur polarisée en inverse.

Une flèche diagonale de couleur grise indique la direction du flux de courant à travers la jonction émetteur-base. Cette partie a du sens puisque le courant circule de la base de type P vers l'émetteur de type N :la jonction est évidemment polarisée en direct. Cependant, la jonction base-collecteur est une tout autre affaire. Remarquez comment la flèche épaisse de couleur grise pointe dans la direction du flux de courant (vers le bas) du collecteur à la base. Avec la base en matériau de type P et le collecteur en matériau de type N. La base et le collecteur sont en polarisation inverse qui s'oppose au passage du courant. Cependant, un transistor saturé montre très peu d'opposition au flux de courant, du collecteur à l'émetteur comme en témoigne l'éclairage de la lampe !

Il est donc clair qu'il se passe quelque chose ici qui défie le simple modèle explicatif « à deux diodes » du transistor bipolaire. Lorsque j'ai appris le fonctionnement des transistors pour la première fois, j'ai essayé de construire mon propre transistor à partir de deux diodes dos à dos, comme dans la figure ci-dessous.

Une paire de diodes dos à dos n'agit pas comme un transistor et le courant ne peut pas traverser la lampe !

Dans un transistor, la polarisation inverse de la jonction base-collecteur empêche le courant de collecteur lorsque le transistor est en mode de coupure (c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas de courant de base). Si la jonction base-émetteur est polarisée en direct par le signal de contrôle, l'action normalement bloquante de la jonction base-collecteur est annulée et le courant est autorisé à travers le collecteur, malgré le fait que le courant passe dans le « mauvais sens » à travers ce PN jonction. Cette action dépend de la physique quantique des jonctions semi-conductrices et ne peut avoir lieu que lorsque les deux jonctions sont correctement espacées et que les concentrations de dopage des trois couches sont correctement proportionnées. Deux diodes câblées en série ne répondent pas à ces critères; la diode supérieure ne peut jamais « s'allumer » lorsqu'elle est polarisée en inverse, quelle que soit la quantité de courant qui traverse la diode inférieure dans la boucle du fil de base. Voir Transistors à jonction bipolaire, Ch 2 pour plus de détails.

Le fait que les concentrations de dopage jouent un rôle crucial dans les capacités spéciales du transistor est en outre démontré par le fait que collecteur et émetteur ne sont pas interchangeables. Si le transistor est simplement considéré comme deux jonctions PN dos à dos, ou simplement comme un simple sandwich de matériaux N-P-N ou P-N-P, il peut sembler que l'une ou l'autre extrémité du transistor puisse servir de collecteur ou d'émetteur. Ceci, cependant, n'est pas vrai. S'il est connecté "à l'envers" dans un circuit, un courant base-collecteur ne parviendra pas à contrôler le courant entre le collecteur et l'émetteur. Malgré le fait que les couches d'émetteur et de collecteur d'un transistor bipolaire soient du même type de dopage (soit N, soit P), collecteur et émetteur ne sont définitivement pas identiques !

La jonction base-émetteur permet le courant car elle est polarisée en direct, tandis que la jonction base-collecteur est polarisée en inverse. L'action du courant de base peut être considérée comme « l'ouverture d'une porte » pour le courant à travers le collecteur. Plus précisément, toute quantité donnée de courant base-émetteur permet une quantité limitée du courant base-collecteur.

Dans la section suivante, cette limitation de courant du transistor sera étudiée plus en détail.

AVIS :

• Testé avec un multimètre en mode « résistance » ou « contrôle de diode », un transistor se comporte comme deux jonctions PN (diode) dos à dos.
• La jonction PN émetteur-base a une chute de tension directe légèrement supérieure à celle de la jonction PN collecteur-base, en raison du dopage plus important de la couche semi-conductrice de l'émetteur.
• La jonction base-collecteur polarisée en inverse empêche normalement tout courant de traverser le transistor entre l'émetteur et le collecteur. Cependant, cette jonction commence à conduire si le courant est tiré à travers le fil de base. Le courant de base peut être considéré comme « l'ouverture d'une porte » pour une certaine quantité de courant limitée à travers le collecteur.

FEUILLE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur la théorie des transistors à jonction bipolaire (BJT)