Les transistors sont des composants des appareils électroniques qui contrôlent et amplifient le flux d’électricité dans l’appareil et sont considérés comme l’une des inventions les plus importantes dans le développement de l’électronique moderne. Les caractéristiques importantes des transistors qui affectent le fonctionnement du transistor incluent le gain, la structure et la polarité du transistor, ainsi que les matériaux de construction. Les caractéristiques du transistor 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 flux de quantités beaucoup plus importantes. La capacité du transistor à le faire s’appelle le gain du transistor, qui est mesuré comme le rapport entre la sortie produite par le transistor et l’entrée requise pour produire cette sortie. Plus la sortie est élevée par rapport à l’entrée, 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 du transistor varient selon la composition du transistor. Les matériaux courants comprennent les semi-conducteurs silicium, germanium et arséniure de gallium (GaAs). L’arséniure de gallium est souvent utilisé pour les transistors qui fonctionnent à des fréquences élevées car sa mobilité électronique, la vitesse à laquelle les électrons se déplacent à travers le matériau semi-conducteur, est plus élevée. Il peut également fonctionner en toute sécurité à des températures plus élevées dans des transistors au silicium ou au germanium. Le silicium a une mobilité électronique plus faible que les autres matériaux de transistor, mais 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) a trois bornes appelées base, collecteur et émetteur, la base se situant entre le collecteur et l’émetteur. De petites quantités d’électricité se déplacent de la base à l’émetteur, et le petit changement de tension provoque des changements beaucoup plus importants dans le flux d’électricité entre les couches d’émetteur et de 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 a 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 une quatrième borne appelée corps, masse, base ou substrat. Le fait qu’un FET utilise des électrons ou des trous d’électrons pour transporter des charges dépend de la composition des différentes couches semi-conductrices.
Chaque borne semi-conductrice d’un transistor peut avoir une polarité positive ou négative, selon les 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 n’a que quatre électrons, et donc chaque atome d’arsenic ou de phosphore fournit un électron en excès qui peut se déplacer à travers le semi-conducteur, lui donnant une charge négative. Dans le dopage de type P, le gallium ou le bore, qui ont tous deux trois électrons dans leur enveloppe externe, sont utilisés à la place. Cela donne au quatrième électron de l’enveloppe externe des atomes de silicium rien avec lequel se lier, produisant des porteurs de charge positifs correspondants appelés trous d’électrons dans lesquels les électrons peuvent se déplacer.
Les transistors sont également classés selon la polarité de leurs composants. Dans les transistors NPN, la borne du milieu – la base dans les BJT, la grille dans les FET – a une polarité positive, tandis que les deux couches de chaque côté sont négatives. Dans un transistor PNP, c’est l’inverse qui se produit.