Au milieu des années 1960, Motorola Semiconductor a enregistré les transistors PNP 2N3906 et NPN 2N3904 dans des boîtiers TO-92 en plastique. Étant donné que ces transistors sont largement disponibles à faible coût et robustes, ils sont disponibles en grand nombre pour les débutants et les chercheurs. Dans cet article, nous présenterons les spécifications du transistor 2N3904, son principe de fonctionnement, un exemple de circuit appliqué, un transistor équivalent et ses applications.
Description des transistors 2N3904
Les transistors 2N3904 sont des transistors bipolaires à jonction (BJT) de type NPN fabriqués à partir de matériau silicium. Ils sont couramment utilisés dans les applications de circuits électroniques comme interrupteur ou amplificateur.
Spécifications du 2N3904
- Courant – Collecteur (Ic) (Max) : 200mA
- Gain de courant continu ou hFE (Max) : 300
- Gain de courant continu ou hFE (Min) : 100 @ 150mA, 10V
- Tension collecteur-émetteur (Vce) : 40V
- Tension base-émetteur (Vbe) : 6V
- Tension collecteur-base (Vcb) : 60V
- Saturation Vce (maximum) dans des conditions Ib, Ic : 500mV @ 50mA, 500mA
- Puissance – Max : 800mW
- Fréquence – Conversion : 100MHz
- Boîtier/Emballage : TO-39-3, TO-205AD
Configuration des broches du 2N3904
Le transistor 2N3904 se compose de trois broches :
- Broche1 (Émetteur) : Le courant circule à travers cette borne.
- Broche2 (Base) : Cette broche contrôle le biais du transistor.
- Broche3 (Collecteur) : Alimentation en courant pour l’ensemble de la borne.
Principe de fonctionnement des transistors 2n3904
Dans un transistor 2N3904, la plupart des porteurs de charge sont des électrons, ils sont donc toujours chargés négativement. L’état de ce transistor peut passer de polarisation inverse à polarisation directe pour conduire en fonction d’une petite tension à la borne de base (telle que 0,7V).
Conditions normales de fonctionnement :
- Tension de base (Vb) > tension d’émetteur (Ve).
- Tension de collecteur (Vc) > tension de base (Vb).
Si la broche de base est connectée à la borne GND, les bornes d’émetteur et de collecteur sont polarisées inversement ou laissées ouvertes. De même, une fois qu’un signal est appliqué à la broche de base, elle sera polarisée directement.
La valeur de gain élevée du transistor 2N3904 est de 300, ce qui détermine sa capacité d’amplification. L’alimentation maximale en courant à travers la borne de collecteur est de 200mA, de sorte que les charges consommant plus de 200mA ne peuvent pas être connectées via ce transistor. Une fois que l’alimentation en courant est appliquée à la borne de base, le transistor peut être polarisé. Ce courant IB doit être limité à 5mA.
Lorsque le transistor NPN 2N3904 est complètement polarisé, il permet à un maximum de 200mA de circuler à travers deux bornes spécifiques, à savoir l’émetteur et le collecteur. Cette étape particulière est appelée la région de saturation. De plus, les bornes collecteur-émetteur/collecteur-base sont capables de supporter des tensions typiques de 40V et 60V respectivement.
Une fois que le courant de base est séparé, le transistor s’éteint, cette phase est donc appelée la région de coupure, et la VBE peut être d’environ 600mV.
Exemple de circuit 2n3904
Le circuit de flash LED utilisant un transistor 2N3904 est illustré dans la figure ci-dessous. Le circuit peut être construit avec des composants de base tels qu’une plaque d’essai, des fils de connexion, une pile 9V, un condensateur, une LED de 5 mm, un flash LED, des résistances de 1K, 10K et 4,7K.
Ce circuit utilise une batterie 6V DC pour alimenter le circuit. Étant donné qu’il y a un transistor NPN dans ce circuit, une fois que la broche de base de ce transistor est connectée à la masse (GND), les bornes telles que l’émetteur et le collecteur sont polarisées inversement. De plus, une fois qu’un signal est appliqué à la broche de base de ce transistor, il est alors connecté en polarisation directe. Ce simple circuit de clignotement de LED est utilisé dans différents appareils tels que les sonnettes, les systèmes d’alarme ou les lumières stroboscopiques.
2N3904 Vs. 2N2222A Transistors
Voici une comparaison des transistors 2N3904 et 2N2222A ci-dessous :
| Specification | 2N3904 | 2N2222A |
|---|---|---|
| Transistors Type | NPN | NPN |
| Maximum Collector Current | 200 mA | 800 mA |
| Maximum Collector-Emitter Voltage | 40V | 40V |
| Maximum Collector-Base Voltage | 50V | 50V |
| Maximum Emitter-Base Voltage | 5V | 6V |
| Maximum Frequency | 300 MHz | 500 MHz |
| Package Type | TO-92 | TO-18, TO-92 |
Transistors équivalents au 2n3904
Voici quelques transistors équivalents au 2N3904 :
BC636, BC547, BC549, BC639, 2N2222 TO-18, 2N2222 TO-92, 2N2369, 2N3906, 2N3055, 2SC5200, etc.
Application du 2N3904
- Amplificateurs
- Modules de pilotes (pilotes de LED, de moteurs ou de relais)
- Commutateurs
- Régulateurs de tension
- Convertisseurs
- Minuteries
- Modulateurs de fréquence
- PWM (modulation de largeur d’impulsion)
- Circuits de traitement du signal
- Circuits audio
- Circuits d’alimentation
- Comparateurs
Test de fréquence caractéristique du transistor 2N3904
Équipement requis :
- Oscilloscope Tektronix MSO34-BW500
- Générateur de signaux Tektronix AFG31251
- Multimètre numérique
- Sources numériques *2
- Carte expérimentale complète des paramètres DC/AC du transistor
La fréquence caractéristique du transistor 2N3904 peut être mesurée en utilisant les oscilloscopes Tektronix, les générateurs de signaux et les produits source-mètres Keithley pour les tests de paramètres AC des dispositifs à transistors. Étant donné que la fréquence de fonctionnement réelle du transistor est bien supérieure à la fréquence de coupure du gain en courant basse fréquence fβ, le gain en courant alternatif est inversement proportionnel à la fréquence de fonctionnement, et le « produit gain-bande passante » du transistor est constant, approximativement égal à la fréquence de fonctionnement lorsque le module du gain en courant émetteur commun est de 1.
La mesure de la fréquence caractéristique des transistors bipolaires consiste à coupler un petit signal AC haute fréquence d’une fréquence spécifique à la base via un condensateur, à modifier les conditions de polarisation CC du transistor en configuration émetteur commun, et ainsi à modifier le gain en courant alternatif pour étudier la relation entre la fréquence caractéristique du transistor et le point de fonctionnement CC.
Réglage et test du point de fonctionnement statique
La plage de fonctionnement du 2N3904 est indiquée sur la figure suivante :
Pour garantir que le transistor fonctionne dans la région d’amplification, le point de fonctionnement CC du transistor est réglé sur IC=1mA. Lorsqu’aucun signal AC n’est connecté, le schéma de circuit de fonctionnement statique du transistor est présenté sur la figure suivante :
Ajustez la sortie IB de SMU1 et observez que la valeur du courant IC de SMU2 est d’environ 1mA pour garantir que le transistor fonctionne dans la région d’amplification. L’IB est d’environ 2,8uA, et la tension BE VBE est de 0,636V telle que mesurée par un multimètre.
Test des paramètres H du transistor 2N3904 : HIE et HFE
Avec un réglage raisonnable du point de fonctionnement statique et une entrée de signal alternatif de petite amplitude, le transistor peut être équivalent à un circuit à deux ports linéaire, représenté par les composantes CA du courant et de la tension. Où Ib et Vbe sont les variables d’entrée du transistor, et Ic et Vce sont les variables de sortie. Les paramètres h du transistor reflètent les caractéristiques CA de petit signal du transistor dans certaines conditions statiques fixes.
Connectez la sortie du générateur de signaux à l’interface BNC sur le côté gauche de l’entrée CA du panneau expérimental et connectez l’oscilloscope Canal 1 à l’interface BNC sur le côté droit de la sortie CA du panneau expérimental.
Réglez la sortie de la source de signal sur une onde sinusoïdale de 1 kHz, ajustez l’amplitude du signal de sortie de la source de signal et utilisez le canal 2 de l’oscilloscope pour tester la forme d’onde de tension entre les deux bornes de R1 (connectez l’interface à tête banane marquée comme Entrée). Calculez la valeur efficace du courant Ib de sorte que Ib soit approximativement égal à 0,5 uA.
Réglez la sortie de la source de signal sur une onde sinusoïdale de 1 kHz et modifiez l’amplitude de sortie. Lorsque la valeur efficace de la tension entre les deux bornes de R1 mesurée par l’oscilloscope est de 50 mVrms, et puisque R1 = 100 kohms, Ib est approximativement égal à 0,5 uA.
HIE
« hie » est la résistance d’entrée lorsque la sortie est court-circuitée et reflète la capacité de la tension de base à contrôler le courant de base avec une tension collecteur-émetteur Vce inchangée.
ℎ𝑖𝑒 = 𝑣𝑏𝑒/𝑖𝑏 = 𝑣𝑏𝑒/𝑣𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡∗ 𝑅1
Dans la condition où les conditions de test ci-dessus restent inchangées, la valeur efficace de Vbe mesurée par 2 canaux de l’oscilloscope est de 5,7 mVrms.
hie = Vbe/ib = Vbe/Vib * R1 = 5.7/50 * 100K = 11400, où Vbe est la valeur efficace de Vbe et Vib est la valeur efficace de la tension d’entrée dans les conditions de test ci-dessus.
HFE
HFE est un terme couramment utilisé pour désigner le « gain en courant continu » d’un transistor bipolaire à jonction (BJT). Il reflète la capacité du courant de base ib à contrôler le courant de collecteur ic. Voici la formule de HFE :
ℎ𝑓𝑒 = 𝑖𝑐/𝑖𝑏
𝑖𝑐= voutput / R2
où « 𝑖𝑐 » représente le courant de collecteur, et « 𝑖𝑏 » représente le courant de base, « voutput » est la valeur efficace de la tension de sortie, et « R2 » est la résistance de la charge connectée entre le collecteur et l’alimentation.
Résultat :
𝑖𝑐= voutput / R2 = 17,3 mV / 100 ohms = 0,173 mA
Calcul de la fréquence caractéristique (fT)
Mesurez la fréquence de coupure fβ du transistor et calculez sa fréquence caractéristique fT en utilisant la méthode du « produit gain-bande ».
Augmentez progressivement la fréquence de sortie de la source de signal à partir de 1 kHz, et observez l’amplitude du signal AC OUT sur le côté droit de la carte expérimentale à l’aide de l’oscilloscope. Lorsque l’amplitude du signal de sortie diminue de 3 dB (la valeur crête à crête diminue de moitié), enregistrez la fréquence de sortie fβ de la source de signal, indiquant la fréquence de coupure du transistor au point de fonctionnement actuel.
À 1 kHz, la valeur crête à crête de la sortie AC OUT est d’environ 38 mV, et à 1,4 MHz, la valeur crête à crête de la sortie AC OUT est d’environ 19,2 mV.
Calculez la fréquence caractéristique fT du transistor en utilisant la formule du produit gain-bande :
fT = hfe × fβ
fT = 228 * 1.4 = 319.2 MHz
où fβ est approximativement égal à 1,4 MHz.
Vérifiez la fréquence caractéristique fT du transistor en utilisant une source de signal haute fréquence et un oscilloscope avec une bande passante de 500 MHz. Si la bande passante de l’oscilloscope et de la source de signal est supérieure à 200 MHz, vous pouvez utiliser la source de signal pour balayer le signal d’entrée dans la plage de fréquences supérieure à DC-200MHz, et tester les caractéristiques amplitude-fréquence du signal de sortie (AC OUT) sur l’oscilloscope, et calculer manuellement l’amplification actuelle jusqu’à 1 pour trouver le point de fréquence caractéristique fT. Vérifiez que les valeurs de fréquence propre calculées par la méthode du produit gain-bande sont exactes.
