Post on 03-Feb-2020
Transistors bipolaires
Définition : Un transistor bipolaire est un dispositif électronique à base de semi-conducteur . Son principe defonctionnement est basé sur deux jonctions PN, l'une en direct et l'autre en inverse. La polarisation de la jonctionPN inverse par un faible courant électrique (parfois appelé effet transistor) permet de « commander » un courantbeaucoup plus important, suivant le principe de l'amplification de courant.
Transistors bipolaires
Constitution : Le transistor bipolaire ou B.J.T. (Bipolar Junction Transistor), ou encore transistorbijonction, est un semi-conducteur présentant trois zones de dopage différentes N, P et N, ou P, N et P.
Nous avons deux jonctions PN que l’on peut considérer comme deux diodes .
La zone du milieu, très mince (faiblement dopée), constitue la base. Les deux extrémités, constituent l’émetteur
(fortement dopé) et le collecteur (peu dopé). Les trois zones ainsi dopées forment deux jonctions : la jonction base-
émetteur (BE) dite jonction de commande, et la jonction base-collecteur (BC)
Pour polariser correctement un transistor, il faut que : la jonction entre B et E soit polarisée dans le sens direct, la jonction entre C et B soit polarisée dans le sens inverse.
Symboles, tensions et courants
Il existe deux types de transistors bipolaires : le NPN et le PNP. On adopte les sens positifs des courants et des
tensions, les courants et les tensions sont positifs pour le NPN et négatifs pour le PNP.
Grandeurs positives Grandeurs négatives
Schématiquement, on représente les transistors comme indiqués sur la figuresuivante et on associe à chacun six grandeurs électriques : trois courants ettrois tensions.
Les caractéristiques du transistor bipolaire NPNLe fonctionnement du transistor NPN est décrit par les courbes caractéristiquesqui lient les grandeurs électriques précédemment définies. Comme IE et VCB sedéduisent des quatre autres, l’usage est de considérer les caractéristiques liantIB, Ic, VBE et VCE (figure suivante).
Fondamentalement, il importe de retenir les propriétés suivantes :
Les caractéristiques du transistor bipolaire NPNLa figure ci-contre montre l'allure de la caractéristique Ic / Vce. On distinguedeux zones principales :
•zone de saturation: pour des tensions Vce < 1 V ;
dans cette zone, Ic dépend à la fois de Vce et de Ib
(La tension Vcesat se situe en général autour
des 0,2 V jusqu'à 0,7 V) ;
•zone linéaire : le courant collecteur est quasi
indépendant de Vce, il ne dépend que de Ib.
La polarisation d’un transistor
La polarisation du transistor est un préalable incontournable à sonfonctionnement en régime linéaire, autrement dit la polarisation a pour rôle deplacer le point de fonctionnement du transistor dans la zone linéaire de sescaractéristiques. Pour cela on applique sur les trois électrodes du transistor despotentiels continues de valeurs convenables.
Le point de fonctionnement est fixé par lesvaleurs de IB et VBE (caractéristiquesd'entrée) et les valeurs de IC et VCE(caractéristiques de sortie)
A partir du réseau de caractéristique, on peut déterminer le point de fonctionnement. Laconnaissance du point de repos à l'entrée N, permet de déduire, via la caractéristique detransfert en courant IC = f (IB), la valeur du courant de sortie et donc le point de repos en sortieM.
Le point de fonctionnement
Maille d'entrée : détermination du point N :
La loi des mailles à l'entrée donne : EB=RB IB +VBE . Le
point N est définit par l' intersection
de la caractéristique d'entrée du transistor VBE =f(IB) et de
la droite d'équation VBE = EB -RB IB
appelée droite d'attaque statique.
Maille de sortie : détermination du point M :
La connaissance du point (VBE ,,IB) permet la détermination
du courant ICo. L'équation de la droite de charge statique
est définie, à partir de la maille de sortie, par :VCE=EC -RC IC
.L'intersection de cette droite avec la caractéristique de
sortie du transistor (correspondant au courant IB0 d'entrée)
définit le point de repos en sortie M caractérise par IC0 et
VCE0.
Réalisations pratiques de la polarisation• Le montage de la figure précédente est fonctionnel, mais il nécessite deux
sources de tension (c’est montage peu utilisé car il nécessite deux sources detensions) . En pratique, les montages utilisent une seule source de tensioncontinue.
Polarisation par résistance de base : Soit le montage de la figure suivante:
Le transistor considéré comme un quadripôleLe transistor ayant trois électrodes, l'une d'elles sera
commune à l'entrée et à la sortie. Il en résulte trois
montages principaux.
Un transistor bipolaire peut-être assimile a un interrupteur commandé.
- Le transistor bipolaire possède 3 broches : une base, un collecteur et un
émetteur.
Un transistor bipolaire a deux modes de fonctionnement : le mode linéaire(amplification) et le mode bloque/sature.
Fonctionnement d’un transistorUn fonctionnement en interrupteur commande consiste a ≪ activer ≫ la base, pour
qu'elle permette au courant présent dans le collecteur, de s‘écouler jusqu'a l‘émetteur.
Pour commander ce transistor, plusieurs paramètres sont importants :
(Ib + Ic) = Ie
Cette relation signifie que le courant circulant dans la base plus le courant du
collecteur, est égal au courant sortant de l‘émetteur.
Ib * β = Ic
Cette relation signifie que le courant du collecteur est, jusqu'a une certaine limite
directement proportionnel au courant présent dans la base. Ce facteur β est appelé
gain en courant.
La valeur de Vbe
Lorsque Vbe = 0 le transistor est bloque => Ic = Ie = 0
et Vce et quelconque positif, Vce < Vce_max sinon le transitor grille
Lorsque Vbe = 0,7 V le transistor est saturé (tension de seuil de la diode
base émetteur ), le transistor est passant. Pour être saturé : Ib > Ic/β
Exemple d’application:
Exemple d’application:
Le point de fonctionnement
Maille d'entrée : détermination du point N :
La loi des mailles à l'entrée donne : EB=RB IB +VBE . Le point N est
définit par l' intersection
de la caractéristique d'entrée du transistor VBE =f(IB) et de la
droite d'équation VBE = EB -RB IB
appelée droite d'attaque statique.
Maille de sortie : détermination du point M :
La connaissance du point (VBE ,,IB) permet la détermination du courant
ICo. L'équation de la droite de charge statique est définie, à partir de
la maille de sortie, par :VCE=EC -RC IC .L'intersection de cette droite
avec la caractéristique de sortie du transistor (correspondant au
courant IB0 d'entrée) définit le point de repos en sortie M caractérise
par IC0 et VCE0.
Le transistor en régime dynamique:
L'étude en régime dynamique consiste à analyser le fonctionnement d'un
transistor polarisé lorsqu’on applique de petites variations à l’une desgrandeurs électriques.
Paramètres hybrides du transistor bipolaire.
v1 = h11 i1 + h12 v2
i2 = h21 i1 + h22 v2
Le transistor bipolaire peut être considéré comme un quadripôle tant qu'il
fonctionne en régime petit signal.
Parmi toutes les modélisations mathématiques des quadripôles, la plus utilisée est
la matrice H ou matrice hybride :
Le transistor en régime dynamique:
Paramètres hybrides du transistor bipolaire.
v1 = h11 i1 + h12 v2
i2 = h21 i1 + h22 v2
Si le quadripôle est un transistor
émetteur commun, on obtient la
matrice hybride émetteur commun :
vbe = h11 ib + h12 vce
ic = h21 ib + h22 vce
le schéma faisant intervenir les
paramètres h est le même pour les
transistors PNP ou NPN.
Le transistor en régime dynamique:
Paramètres hybrides du transistor bipolaire.
Le schéma électrique équivalent est
celui représenté ci-contre. Les
significations des paramètres hybrides
se déterminent à l'aide du réseau de
caractéristique du transistor.
ib est le courant traversant h11. La
faible valeur de h12 permet souvent de
négliger h12 vce devant h11 ib.
Le transistor en régime dynamique:Le réseau de
caractéristique permet
une détermination
expérimentale des
paramètres h.
La valeur des
paramètres dépend du
point de repos ou point
de fonctionnement
statique (P). Elle est
fournie par la tangente à
la caractéristique au
point de
fonctionnement.
Le transistor en régime dynamique:
Le transistor en régime dynamique:
Le transistor en régime dynamique:
La source d’entrée peut
être, par exemple, une
antenne, un capteur ou
un circuit électronique
qui fournit un signal
analogique. Le
générateur d’entrée est
appelé générateur de
commande ougénérateur d’attaque.
La charge est représentée par la résistance. Elle peut être,
par exemple, un haut parleur, un système de déviation du
faisceau d’électrons d’un oscilloscope ou un circuitélectronique.
Le transistor en régime dynamique:
La charge est représentée par la résistance. Elle peut être,
par exemple, un haut parleur, un système de déviation du
faisceau d’électrons d’un oscilloscope ou un circuitélectronique.
Le transistor en régime dynamique:
Les deux condensateurs CLE et CLS sont appelés des condensateurs de liaison. Ils servent à séparer l’étage de la source d’entrée et de la charge en continu. S’ils n’existaient pas, il y aurait changement de la polarisation initiale du transistor.
Le transistor en régime dynamique:
Le transistor en régime dynamique:
Le transistor en régime dynamique:
Le transistor en régime dynamique: