Types de transistors et circuits

En décembre 1947, des chercheurs de Bell Laboratories présentaient le « transistor PNP au germanium » utilisé en guise d'amplificateur de parole avec un gain de puissance de 18. De l'avis général, cet événement marque la date de naissance du transistor.

Depuis, les transistors sont omniprésents, très prisés pour leurs fonctions de commutation et d'amplification, mais aussi parce qu'ils se déclinent dans une vaste gamme de capacités d'alimentation, de vitesses de commutation et de paramètres. Si cette situation confère un grand choix aux concepteurs de circuits électroniques, il pose aussi un problème : comment choisir le transistor le mieux adapté à mon nouveau projet ou à ma mise à niveau ?

Cet article s'emploie à vous fournir des conseils à ce sujet, en vous présentant les transistors et leurs paramètres. Vous y découvrirez comment les paramètres vous aident à déterminer si un transistor est adapté à une application donnée. L'article aborde également un problème spécifique qui se pose fréquemment lorsque les ingénieurs cherchent à connecter des capteurs de processus à des entrées de contrôleurs logiques programmables (CLP), que ce soit pour utiliser des dispositifs NPN ou PNP.

Si l'article porte essentiellement sur les transistors à jonctions bipolaires (BJT) et les transistors à effet de champ (FET), il aborde également les technologies plus spécialisées, telles que les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) et les transistors à haute mobilité d'électrons (HEMT) au nitrure de gallium (GaN). Un exemple d'amplificateur de source commune de FET est également présenté.

Nous étudierons ensuite le meilleur moyen de sélectionner les transistors adaptés aux applications à partir de recherches paramétriques, comme celles proposées sur le site Web de Farnell.

Types de transistors

Les transistors sont des dispositifs à l'état solide composés de matériaux semiconducteurs, généralement de silicium, de germanium et de l'arséniure de gallium. Ils possèdent généralement trois bornes : une borne commune aux signaux d'entrée et de sortie, tandis qu'un signal sur l'une des bornes restantes contrôle le courant dans l'autre borne, comme le montre la Fig.1.

Modèle de transistor de base

Fig.1 : Modèle de transistor de base - Droits d'auteur sur l'image détenus par Farnell

Le diagramme en arborescence à la Fig.2 résume les différentes façons de mettre en œuvre ce concept de semiconducteurs de base à trois bornes.

Diagramme en arborescence de transistor

Fig.2 : Diagramme en arborescence de transistor - Droits d'auteur sur l'image détenus par Farnell

Ce diagramme montre que les transistors sont essentiellement de type BJT et FET. Cependant, la question la plus fondamentale à se poser lors de la sélection d'un transistor n'est pas de savoir s'il est de type BJT ou FET mais de connaître sa polarité : lors de l'utilisation, sa borne de sortie est-elle positive ou négative par rapport à sa borne commune ? Si la réponse est « positive », il nous faut un transistor BJT NPN ou un FET à canal N, sinon il conviendra de choisir un transistor PNP ou un modèle à canal P.

Un article rédigé par James Bryant et publié sur Analog Devices’ Wiki le 19 mai 2014 fournit de précieuses informations et de judicieux conseils sur le choix des transistors selon les applications. Certains sont retranscrits ci-dessous.

La plupart des applications de transistor à usage général ont besoin de dispositifs qui sont non-conducteurs avec un biais nul sur l'entrée de commande (base ou grille). Ces dispositifs sont les FBS ou les MOSFET à enrichissement. Les FET à mode d'appauvrissement sont beaucoup moins courants, bien que très utiles pour certaines applications. Le choix du canal NPN/N ou du canal PNP/P est dicté par le besoin d'une alimentation positive ou négative, mais un BJT ou un MOSFET est-il mieux approprié ?

Très souvent, cela n'a aucune importance. Les MOSFET discrets sont peut-être dix ou vingt pour cent plus chers que les BJT, mais ils se passent de résistances de base qui coûtent plus cher et occupent de l'espace. Ils sont légèrement plus vulnérables aux dommages électrostatiques (ESD) lors de la manipulation, mais ils ne tirent pas de courant de base, ni de charge des circuits en courant continu (du fait qu'ils ont une capacité d'entrée relativement large, ils peuvent générer des problèmes de chargement capacitifs dans des circuits de fréquence plus élevés).

Il fut un temps où la tension de seuil de grille (la valeur Vgs à laquelle un MOSFET commence à être conducteur) était de plusieurs volts, de sorte que les transistors MOSFET ne convenaient pas aux très faibles tensions d'alimentation. Aujourd'hui en revanche, les tensions de seuil de nombreux dispositifs sont comparables à la tension de base de commutation de 0,7V de la tension d'un transistor BJT en silicium. Ainsi, les transistors BJT et MOSFET fonctionnent désormais très bien dans les applications d'amplification et de commutation.

Cependant, l'entrée d'un BJT est une diode en silicium. Ses propriétés thermiques peuvent servir à mesurer la température et son courant élevé en situation de surmultiplication, et à agir comme un collier ou un limiteur. Par conséquent, l'utilisation d'un BJT est essentielle pour certains circuits.

Pendant une vingtaine d'années, le magazine Elektor a publié des circuits conçus autour de transistors appelés TUN (Transistor universel NPN) et TUP (Transistor universel PNP). Ces transistors sont des BJT planaires en silicium. Tout transistor qui dépasse la spécification suivante entre dans cette catégorie :

La plupart des transistors abordables au silicium à faible signal entrent dans cette catégorie. La liste peut aussi inclure des MUN (MOSFET universel à canal N) et MUP (MOSFET universel à canal P) et la plupart des petits MOSFET bon marché entrent dans cette catégorie :

La plupart des versions SPICE contiennent des MOSFET et des BJT standard similaires à ces dispositifs « universels ». Ainsi, lors de la conception d'un système qui contient des transistors discrets à petit signal, privilégiez ces génériques pendant la phase de conception et choisissez le plus pratique (c.-à-d. meilleur forfait, disponibilité et faible coût) lors de la commande. Toutefois, lors de la publication ou de la spécification de la conception, utilisez une terminologie générique pour indiquer clairement que le choix exact de l'appareil a peu d'importance. Bien sûr, ces dispositifs standard ne conviennent pas à toutes les conceptions - certaines spécifications ne cadrent pas avec la norme simple. Dans ce cas, précisez les exceptions, par exemple :

Paramètres du transistor

Outre les facteurs évidents comme la puissance nominale, il convient de tenir compte de certains paramètres lors de la sélection d'un transistor pour votre circuit, notamment les paramètres suivants.

Tension collecteur/drain maximale. BVceo ou BVds : Si la tension d'alimentation maximale est inférieure à BVceo ou BVds, s'il n'y a pas de circuit inductif dans le collecteur/drain susceptible de produire des phénomènes transitoires plus élevés, et s'il n'y a aucun signal source externe pouvant appliquer des tensions plus élevées, alors cette spécification peut être ignorée.

Cependant, dans de nombreux circuits, le transistor doit être compatible avec des valeurs élevées de Vce ou de Vds, soit en état constant, soit en transitoires, il est dans ce cas essentiel de sélectionner correctement la valeur maximale correcte.

Les transistors BJT et MOSFET ayant des tensions de claquage de plus de 500V, sont peu onéreux et facilement disponibles, bien que le gain en courant, ß, des BJT à haute tension soit plus souvent dans la gamme 40-100 plutôt que dans la gamme des 100 des transistors TUN/TUP. De même, la tension de seuil de grille d'un MOSFET haute tension a plus de chances de se trouver dans la gamme 2-5V que dans la gamme 500-2000mV des transistors MUN/MUP.

Courant absolu maximum collecteur/drain. Ic(max) ou ld(max) : Le courant maximum attendu dans le collecteur/drain ne doit pas dépasser le courant absolu maximum du dispositif. La valeur de TUN/etc étant dans ce cas de 100 mA, cette situation est peu probable pour les circuits de petits signaux, mais si le transistor est prévu pour alimenter une charge, il est impératif de vérifier le courant maximum.

L'intensité absolue maximale de certains dispositifs peut être divisée en un courant nominal DC (ou éventuellement moyen) et en un courant transitoire plus élevé pour les impulsions courtes. Il est important de s'assurer que les courants transitoires de crête restent compris dans leurs limites nominales.

La plupart des transistors à petit signal ont une puissance Imax supérieure à 100 mA - généralement 300-1000 mA - et de nombreux dispositifs conformes à la spécification TUN/etc peuvent être utilisés lorsque de tels courants sont nécessaires. Les dispositifs TUN/etc sont inappropriés pour des courants supérieurs, et dans ce cas un appareil d'alimentation doit être envisagé. À des courants plus élevés, il est important de respecter les puissances nominales ainsi que les valeurs nominales de courant. Les boîtiers seront probablement plus grands et un dissipateur thermique pourra être nécessaire. Les transistors BJT dont le courant maximum est supérieur, peuvent avoir des valeurs ß plus faibles à courants élevés.

Boîtiers et alimentation : Il existe d'innombrables boîtiers de transistors, allant des boîtiers de montage en surface quasiment microscopiques aux boîtiers de grande taille en plastique et en métal capables de gérer plusieurs kW avec refroidissement adéquat. Optez pour le modèle le plus pratique pour votre application : montage en surface pour la production de masse, au plomb pour le prototypage et la production à petite échelle où la facilité de soudage manuel est utile. Sélectionnez le boîtier d'alimentation approprié lorsque la dissipation et les dissipateurs thermiques doivent être pris en compte.

Fuite de collecteur/drain Ice0 ou Idss0 : (parfois appelé « courant de coupure »). Il s'agit du courant de fuite qui circule du collecteur vers l'émetteur ou du drain vers la source lorsque le transistor est éteint. Ce courant est généralement de l'ordre de dizaines de nA, mais les fiches techniques gonflent parfois les valeurs maximales correspondant au cas le plus défavorable pour s'épargner des coûts d'essai supplémentaires. Les transistors utilisés comme commutateurs ou amplificateurs de bas niveau doivent afficher une fuite inférieure à 50 nA, mais pour la plupart des applications, la valeur de 200 nA ou plus est tout à fait satisfaisante.

Inverseur de très faible puissance utilisant un transistor MOSFET à faible fuite

Fig.3 : Inverseur de très faible puissance utilisant un transistor MOSFET à faible fuite - Droits d'auteur sur l'image détenus par Farnell

L'inverseur de faible puissance illustré à la Figure 3 est un exemple de circuit nécessitant une très faible fuite de collecteur/drain. Une fuite de drain de 100 nA génère une chute de tension de 1V et une tension de sortie de 2V, tout juste le seuil de niveaux de logique 1 permis, de sorte que les conceptions pratiques doivent utiliser un MOSFET ayant une fuite drain/source égale à 50 nA.

Bien que cet inverseur soit de très faible puissance [300 nA = 0,9 µW quand le transistor est allumé], il est aussi très lent. Prenons une capacité de sortie, plus une capacité de piste, plus la capacité d'entrée de 20 pF, un scénario qui n'est pas déraisonnable, il affiche un temps de montée de quelque 0,2 msec. Cela est acceptable pour les applications DC, mais pas pour les circuits de commutation à vitesse moyenne.

Gain en courant ß ou hfe : Le gain en courant d'un BJT est le rapport du courant collecteur par rapport au courant de base lorsque le dispositif n'est pas en saturation, c'est-à-dire la tension collecteur/base est positive [pour un dispositif NPN]. Le ß est généralement assez constant sur une large gamme de courants, mais il peut être légèrement inférieur à des courants de base très bas et commencera presque certainement à chuter au fur et à mesure que le courant de collecteur se rapproche de sa valeur maximale absolue. S'agissant d'un ratio, cette valeur est sans dimension.

Les transistors TUN et TUP ont un gain ß égal à 100, mais les BJT à haut courant et à haute tension peuvent avoir des valeurs spécifiées minimums légèrement inférieures (égales à 40 ou à 50).

Transistor (BJT ou MOSFET)

Fig.4 : Transistor (BJT ou MOSFET)- Émetteur suiveur/source suiveuse - Droits d'auteur sur l'image détenus par Farnell

Le niveau de sortie Émetteur suiveur/source suiveuse, illustré à la Figure 4, est aussi précis avec un BJT qu'avec un MOSFET. Avec les émetteurs suiveurs, la base/émetteur ou la tension de grille/source Vbe ou Vgs est supposée demeurer constante, renvoyant un décalage fixe entre l'entrée et la tension de charge. Mais avec des circuits plus précis, les données peuvent provenir de l'émetteur (source)/connexion de charge.

Du fait qu'une partie du courant de l'émetteur doit affluer dans la base, les courants du collecteur et de l'émetteur d'un BJT ne sont pas identiques, ce qui signifie que le niveau de sortie de courant doit être obtenu avec un transistor MOSFET plutôt qu'un BJT, les MOSFET ayant un courant de grille pratiquement égal à zéro.

Transconductance directe gfs : la transconductance directe d'un FET correspond au rapport de ΔIds/ΔVgs lorsque le dispositif est allumé et le courant du circuit de vidange n'est pas limité. Elle est mesurée en siemens (S). Les FET et MOSFET à petit signal peuvent avoir une transconductance directe de quelques mS seulement, tandis que les modèles plus grands peuvent avoir des gains allant de quelques fractions de siemens à plusieurs siemens ou plus.

En général, une variation de quelques volts de la tension de grille suffit pour changer le courant de drain, passant de la valeur minimale (off) à sa valeur maximale absolue. Il est également important de savoir à quelle valeur de la tension de grille commence la conduction (voir ci-dessous).

Tension de seuil de grille Vgs(th) : la tension de seuil de grille d'un transistor MOSFET correspond à la tension de grille/source à laquelle le drain correctement biaisé commence à tirer du courant. Le terme « commence » sera défini sur la fiche technique et peut ne correspondre qu'à quelques µA, mais il équivaut généralement à 1 mA, voire plus avec un MOSFET à haute puissance. Au-dessus de ce seuil, le courant de drain augmentera très rapidement et s'accompagnera de légères hausses de la tension de grille.

Si un MOSFET est destiné à être entraîné par la logique, il est important que sa tension de seuil soit supérieure à la valeur de logique 0 du cas le plus défavorable dans la plage de température du circuit, qui est susceptible d'être d'au moins plusieurs centaines de mV, à défaut de quoi il pourrait se mettre sous tension quand il est censé être désactivé.

Tension de saturation VCE(sat) : Quand un BJT est allumé suffisamment brutalement pour provoquer une chute de tension de sa charge collectrice au point d'abaisser le potentiel du collecteur en deçà du potentiel de base (en d'autres termes la jonction base-collecteur est polarisée), on dit qu'il est saturé. Cette tension de saturation n'est pas proportionnelle au courant du collecteur, par conséquent le modèle d'un transistor saturé n'est pas seulement une résistance entre le collecteur et l'émetteur.

Deux exemples illustrent l'importance d'une faible tension de saturation, à savoir :

[A] Dans un signal logique TTL classique, chaque entrée génère 1,6 mA dans une sortie logique 0. Avec un ventilateur sur 10, cela signifie qu'un transistor de sortie TTL peut être sollicité pour dissiper quelques 16 mA avec une tension de saturation ne dépassant pas 400 mV.

[B] Quand un BJT est utilisé pour commuter des charges de courant élevé, sa dissipation, pour un courant de charge donné, est proportionnelle à sa tension de saturation. Plus la tension de saturation est faible, moins la quantité de chaleur devant être éliminée du transistor est importante.

À noter que lorsque vous supprimez l'entraînement d'entrée d'un transistor saturé, il s'écoule un délai (généralement de nsecs ou des quelques dizaines de nsecs, mais parfois plus) avant qu'il ne commence à s'éteindre. Il s'agit du temps de récupération de saturation qui peut être spécifié, dans des conditions bien définies, sur sa fiche technique.

Résistance Ron à l'état passant : Les MOSFET ne saturent pas, car ils sont des composants à porteurs majoritaires. Lorsqu'ils sont allumés avec une tension de grille nettement supérieure à leur tension de seuil de grille, ils se comportent comme des résistances à basse puissance, et leur résistance à l'état passant est spécifiée sur leur fiche technique. La loi d'Ohm s'applique : La chute de tension est proportionnelle à l'intensité et à la résistance à l'état passant, et la dissipation est I2R.

Niveau de bruit : La majorité des applications de transistors sont relativement de haut niveau et le bruit n'est pas un problème. Cependant, lorsque cela le devient, il revêt une importance cruciale. Pour de nombreux transistors, à la fois BJT et FET, la valeur de bruit est spécifiée et garantie par les fabricants. À des fins de comparaison du niveau de bruit de différents dispositifs, il est essentiel de les mesurer avec la même impédance de source. Si les transistors sont destinés à être utilisés dans les systèmes radio, il est probable que leur niveau de bruit ait été mesuré à 50 Ω, par conséquent la comparaison est simple, mais il est inutile de comparer le niveau de bruit de deux dispositifs ayant été mesurés à différentes impédances.

Fréquence de transition : La fréquence de transition d'un BJT correspond à la fréquence à laquelle le gain en courant, avec un court-circuit (à HF), est l'unité. La fréquence de transition est la valeur la plus largement utilisée pour comparer la réponse en fréquence des BJT. La plupart des TUN et TUP auront une fréquence de transition nettement supérieure au minimum de 100 MHz, mais les transistors haute puissance et haute tension afficheront souvent des valeurs plus basses.

Les FET sont des dispositifs à transconductance avec un courant d'entrée DC infinitésimal, il est donc pertinent de tenir compte de leur gain en courant continu. Leur capacité d'entrée (Cgs) étant comprise entre quelques pF à des centaines de pF, leur impédance d'entrée capacitive est relativement faible à HF et donc leur courant d'entrée HF peut être mesuré et leur fréquence de transition en être dérivée. Il arrive occasionnellement qu'une fiche technique de FET ou de MOSFET fasse état d'une valeur de fréquence de transition ainsi obtenue et il est tout à fait légitime de l'utiliser, le cas échéant, pour évaluer la réponse en fréquence FET, mais la vitesse des FET est généralement spécifiée en termes de temps de commutation.

Temps de commutation t(on) et t(off) : La plupart des FET et de nombreux BJT présentent des spécifications de temps de commutation définies comme étant le temps nécessaire, en conditions spécifiques, pour passer du courant de sortie de zéro à une valeur spécifiée, ou pour revenir à zéro, respectivement. Le signal de commutation est supposé être instantané (une fiction juridique) ou défini comme étant de quelques nsec. Comparer les temps de commutation est un moyen fiable de comparaison des vitesses relatives des transistors, à condition qu'ils soient testés dans des conditions similaires.

Capacités C?? : Il existe trois capacités associées à un transistor - la capacité d'entrée Cin, la capacité de sortie Cout et la capacité de Miller (ou de feedback) Cfb. Les fabricants utilisent l'une ou l'autre indifféremment, (d'où la valeur C?? dans l'intitulé) mais la Figure 5 donne des éclaircissements à ce sujet.

Capacités parasites des transistors

Fig. 5 : Capacités parasites des transistors (noms/symboles variant selon les fabricants) - Droits d'auteur sur l'image détenus par Farnell

Les FET, en particulier les MOSFET de puissance, peuvent avoir des valeurs Cin allant jusqu'à 1 nF voire plus, alors que les MOSFET de petit signal auront des valeurs nettement inférieures, probablement comprises entre 15 et 50 pF. Il est important, toutefois, lors de la conception de circuits pour lesquels une telle capacité peut affecter les temps de montée ou la stabilité du circuit, de s'assurer que la conception tient compte de telles valeurs et que les dispositifs sont choisis pour leurs capacités tolérées par la conception du circuit.

Dispositifs NPN vs PNP

Lors du déploiement de systèmes de contrôleur logique programmables (PLC), les entrées numériques de ces derniers doivent correspondre à leurs capteurs connectés, non seulement en termes de niveau de tension, généralement de 24V DC, mais aussi en termes de polarité, NPN ou PNP. Les capteurs PNP sont des dispositifs générateurs de courant, tandis que les capteurs NPN sont des dissipateurs de courant. Un capteur générateur de courant doit être connecté à une entrée de dissipation de courant, et vice versa.

Si le choix est indécis, plusieurs arguments penchent en faveur des capteurs PNP. Tout d'abord, les capteurs PNP sont plus faciles à comprendre et à dépanner par les techniciens, car le capteur émet un signal de tension de haut niveau lorsque la sortie est active. Ensuite, si dans un circuit NPN un fil se casse et se met à la terre, le statut de l'entrée du système PLC est Vrai. Cela peut entraîner un comportement indésirable de la machine (par exemple, l'allumage de l'entrée de bouton poussoir de démarrage). Lorsqu'un fil dans un circuit PNP fait court-circuit, le statut de l'entrée du système PLC est Faux.

Néanmoins, si les capteurs PNP sont courants aux États-Unis et en Europe, les capteurs NPN restent plus appréciés en Asie. Dans le pire des cas, cela signifie qu'une entreprise peut se voir obligée de prévoir un stock supplémentaire de capteurs ou de modules d'entrée pour garantir la mise en place de paires compatibles. Cet aspect de l'installation devra également être surveillé et géré.

Le plus souvent, la situation tolère un certain degré de flexibilité. Par exemple, de nombreux modules d'entrée (en particulier les versions IP20 qui sont les plus couramment installées dans les armoires) peuvent être câblés soit en NPN soit en PNP. Il convient toutefois de noter que toutes les entrées de ce module doivent être NPN ou PNP. Vous ne pouvez pas les mélanger. De plus, de nouveaux capteurs arrivent sur le marché, lesquels peuvent être câblés ou configurés comme NPN ou PNP. De nombreuses cartes PLC peuvent également être câblées pour être compatibles avec NPN ou PNP sans nécessiter de changements matériels.

Ces points sont abordés plus longuement dans le magazine « Control Design » et dans un article intitulé « How to decide between PNP and NPN ».

Autres technologies de transistors

Jusqu'à présent, nous avons évoqué les formes élémentaires des transistors BJT et FET et de leurs variantes. Il existe cependant d'autres types, notamment les transistors bipolaires à grille isolée (ou IGBT) et les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) au nitrure de gallium (GaN).

Le transistor bipolaire à grille isolée ou IGBT est à la croisée du transistor BJT et du transistor FET. Il allie la haute impédance d'entrée et les vitesses de commutation élevées d'un MOSFET à la faible tension de saturation d'un transistor bipolaire, résultant en un autre type de dispositif de commutation transistor capable de gérer de grands courants collecteur-émetteur avec quasiment zéro courant de grille.

Les transistors IGBT possèdent les caractéristiques de commutation de sortie et de conduction d'un transistor bipolaire, mais sont contrôlés par la tension, comme les MOSFET. Les transistors IGBT se retrouvent essentiellement dans les applications de l'électronique de puissance, comme les inverseurs, les convertisseurs et les alimentations, où les exigences du dispositif de commutation à l'état solide ne sont pas entièrement satisfaites par les BJT de puissance, ni les MOSFET de puissance. Il existe des transistors BJT à tension et à courant élevés, mais leur vitesse de commutation est lente, tandis que les MOSFET de puissance peuvent afficher des vitesses de commutation supérieures. Toutefois, ces dispositifs à tension et à courant élevés sont coûteux et difficiles à obtenir.

Représentation d'un transistor IGBT

Fig. 6 : Représentation d'un transistor IGBT - Droits d'auteur sur l'image détenus par Farnell

La figure 6 montre que le transistor bipolaire à grille isolée est un dispositif de transconductance à trois bornes qui intègre une entrée de MOSFET de grille isolée à canal N et une sortie de transistor bipolaire PNP connectée dans une configuration de type Darlington.

Par conséquent, les bornes sont étiquetées comme Collecteur, Émetteur et Grille. Deux de ses bornes (C-E) sont associées au chemin de conductance qui achemine le courant, tandis que sa troisième borne (G) contrôle le dispositif.

Les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) au nitrure de gallium (GaN) intègrent une autre technologie de transistor. Ils ouvrent de nouvelles possibilités en offrant plusieurs avantages par rapport aux MOSFET de silicium. Les transistors GaN peuvent atteindre une vitesse de balayage dV/dt beaucoup plus élevée et donc commuter beaucoup plus rapidement que les MOSFET au silicium, réduisant considérablement les pertes de commutation. Autre avantage, l'absence de charge de recouvrement inverse qui provoque des oscillations de nœuds de commutation avec des modèles de MOSFET au silicium traditionnels.

Les transistors sont également réputés combiner une tension de claquage élevée avec un haut rendement pour fonctionner efficacement en tant que dispositifs de puissance. Après l'utilisation dans des applications d'amplificateurs de puissance de station de base mobile et de capteur radar, une extension au domaine de la conversion de puissance et aux équipements tels que les systèmes de puissance serveur a été enregistrée.

Avec une faible résistance et une performance de commutation haute vitesse, les transistors HEMT GaN offrent un potentiel de miniaturisation de dispositifs, une consommation énergétique réduite et des coûts inférieurs grâce à l'évolution de la technologie et à la présence de circuits capables de maximiser ces avantages.

Exemple d'application de transistor - Circuit amplificateur de source commune FET

Le circuit amplificateur FET de source commune est l'une des configurations de circuit FET les plus largement utilisées pour de nombreuses applications, offrant un haut niveau de performance globale. Il permet un gain de courant et de tension, ainsi qu'une impédance d'entrée et de sortie satisfaisante.

Amplificateur élémentaire de source commune FET

Fig.7 : Amplificateur élémentaire de source commune FET - Droits d'auteur sur l'image détenus par Farnell

La Figure 7 illustre un circuit d'amplificateur de source commune type, tel que développé par Electronics Notes. Le signal d'entrée pénètre via C1. Ce condensateur veille à ce que la grille ne soit pas modifiée par une tension DC provenant des étapes précédentes. La résistance R1 maintient la grille au potentiel de la masse. Sa valeur peut être de l'ordre de 1 MΩ. La résistance R2 génère une tension afin de maintenir la source au-dessus du potentiel de terre. C2 agit en guise de condensateur de dérivation pour fournir un gain supplémentaire au niveau de l'AC.

La résistance R3 génère la tension de sortie, tandis que C3 couple l'AC à l'étape suivante tout en bloquant le DC.

Se procurer le bon transistor

Après avoir identifié et défini un ensemble de paramètres pour votre transistor cible, l'étape suivante consiste à trouver un dispositif réel disponible qui possède l'ensemble de ces paramètres. Pour ce faire, vous pouvez utiliser les moteurs de recherche paramétrique de Farnell afin de faire le tri parmi les modèles candidats appropriés. Vous pouvez, par exemple, lancer une recherche dans la section intitulée « Transistors bipolaires » afin de trouver la polarité, la tension de l'émetteur-collecteur, la fréquence de transition, la dissipation de puissance et le courant collecteur DC, ainsi que la conformité, le boîtier et le fabricant.

De la même façon, vous pouvez filtrer la zone de transistor RF FET selon la tension de source de drain, le courant de drain continu, la dissipation de puissance, la fréquence de fonctionnement Min et Max, ainsi que le cas, le nombre de broches, la température de fonctionnement maximale, la conformité, le boîtier et le fabricant.

Références

https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_the_transistor

https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/text/choosing-transistors

https://www.elektor.com

(Iv) Nommé en hommage à John Milton Miller, qui fut le premier à en décrire les effets en 1920.

https://www.hegwoodelectric.com/wp-content/uploads/2017/11/CD1610-How-to-decide-between-PNP-and-NPN.pdf

https://www.electronics-tutorials.ws/power/insulated-gate-bipolar-transistor.html

https://e2e.ti.com/blogs_/b/motordrivecontrol/archive/2016/12/12/gallium-nitride-transistors-open-up-new-frontiers-in-high-speed-motor-drives

https://www.fujitsu.com/global/documents/about/resources/publications/fstj/archives/vol50-1/paper21.pdf

https://www.electronics-notes.com/articles/analogue_circuits/fet-field-effect-transistor/common-source-amplifier-circuit.php

Types de transistors et circuits - Date de publication : 4 septembre 2018 par Farnell