12.8 : Commutation de BJT

Le comportement de commutation des transistors à jonction bipolaire (BJT) est un aspect fondamental utilisé dans divers circuits électroniques, en particulier pour les applications logiques numériques telles que les commutateurs et les amplificateurs. Dans un circuit de commutation typique, un BJT alterne entre les modes de coupure et de saturation, correspondant respectivement aux états « off » et « on », se comportant ainsi comme un interrupteur idéal.

Mode de coupure (état « Off ») : Dans cet état, les jonctions émetteur-base et collecteur-base sont polarisées en inverse. Le transistor empêche le courant de circuler entre ses bornes, ce qui rend l'appareil « éteint ». Ce mode est utilisé lorsqu'aucune transmission de signal n'est requise, maintenant ainsi un état de faible consommation dans le circuit.

Mode saturation (état "On") : contrairement au mode de coupure, dans l'état de saturation, les deux jonctions sont polarisées en direct. Cette configuration permet un flux de courant maximal du collecteur vers l'émetteur. Le BJT dans ce mode se comporte comme un interrupteur fermé, permettant une transmission complète du signal à travers le circuit.

Dynamique de commutation : La transition entre les états "off" et "on" est déclenchée par un changement soudain de la tension émetteur-base, généralement initié par une impulsion de courant d'entrée positive. Le comportement du courant du collecteur pendant ces transitions est crucial pour une commutation efficace. Cela dépend de la variation de la charge totale des porteurs minoritaires en excès stockée dans la région de base du transistor.

Pendant la phase de mise sous tension, si la charge de base dépasse un certain seuil (noté Q_S), le BJT entre en mode saturation. À l'inverse, pendant la phase de coupure, le courant du collecteur reste presque constant jusqu'à ce que la charge stockée redescende à Q_S, provoquant le retour du transistor en mode actif avant de finalement diminuer vers zéro à l'approche du mode de coupure.

Comprendre ces transitions et la dynamique de charge associée est essentiel pour concevoir des BJT efficaces capables de basculer rapidement entre les états avec une perte minimale de performances et de puissance.