CHAP II- TRANSISTOR BIPOLAIRE 2 OK (10p).pdf

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  • ELECTRONIQUE ANALOGIQUE TRANSISTOR BIPLAIRE

    OUATTARA ALI 10

    CHAP II : TTRANSISTOR BIPOLAIREE

    I- Constitution

    Le transistor bipolaire est constitu de trois couches de semi-conducteurs extrinsques. On distingue deux types de transistors bipolaires, le transistor NPN et le transistor PNP.

    Le transistor NPN est constitu par : Structure Symbole Une couche N fortement dope constituant lmetteur (E). Une couche P trs mince et faiblement dope constituant la base (B). Une couche N faiblement dope constituant le collecteur (C).

    Le transistor PNP est constitu par : Structure Symbole Une couche P fortement dope constituant lmetteur (E). Une couche N trs mince et faiblement dope constituant la base (B). Une couche P faiblement dope constituant le collecteur (C).

    II- Principe de fonctionnement

    II-1- Cas du transistor NPN

    Pour faire fonctionner normalement un transistor NPN, on polarise en direct la jonction metteur-Base (JEB) et en inverse la jonction Collecteur-Base (JCB), en prenant soin davoir une tension beaucoup plus leve au niveau de la jonction JCB.

    On a donc pour un NPN : VE < VB < VC VE - VE < VB - VE < VC- VE 0 < VBE < VCE

    II-2- Cas du transistor PNP

    Pour faire fonctionner normalement un transistor PNP, on polarise en direct la jonction metteur-Base (JEB) et en inverse la jonction Collecteur-Base (JCB), en prenant soin davoir une tension beaucoup plus leve au niveau de la jonction JCB.

    On a donc pour un NPN : VC < VB < VE VC VE < VB VE < VE VE VCE < VBE < 0 VEC > VEB > 0

    Les lectrons prsents dans lmetteur sont repousss par la borne (-) de V1. Une fois dans la base, aprs quelques recombinaisons avec les quelques trous de la base, les lectrons sont davantages attirs par la borne (+) de V2 que par la borne (+) de V1 car V2 > V2. Ainsi, un grand nombre dlectrons est attir par V2 et un trs faible nombre par V1. Entre temps, les lectrons dans le collecteur sont attirs par la borne (+) de V2 galement. Comme le dplacement dlectrons entraine le mme dplacement de courant en sens inverse, alors leffet conjugu du dplacement des lectrons entre les deux jonctions, engendre un important courant au niveau de lmetteur. On note alors que dans un transistor NPN, le courant entre par la base (trs faible courant) et par le collecteur (fort courant) pour ressortir par lmetteur.

    Donc IE = IB + IC.

    N - - - - - - - - - - P + + + +

    - - - - - - - - - - - - - - - - N - - - - - - -

    C

    B

    E

    V2

    V1

    IC

    IB

    IE

    Les trous de lmetteur sont repousss puis attirs respectivement par la borne (+) de V1 et la borne (-) de V2. Toutefois au niveau de la base, aprs quelques recombinaisons avec les quelques lectrons de la base, trs peu de trous seront attirs par la borne (-) de V1. Ainsi, un grand nombre de trous est attir par V2 et un trs faible nombre par V1. Entre temps, les trous dans le collecteur sont attirs par la borne (-) de V2 galement. Le dplacement de trous entrainant la circulation de courant le mme sens, alors leffet conjugu du dplacement des trous entre les deux jonctions, engendre un important courant au niveau de lmetteur. On note alors que dans un transistor PNP, le courant entre par lmetteur pour ressortir par la base (trs faible courant) et par le collecteur (fort courant).

    Donc IE = IB + IC.

    P + + + + + + + + +

    N - - - -

    + + + + + + + + + + + + + + P+ + + + + + +

    C

    B

    E

    V2

    V1

    IC

    IB

    IE

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    OUATTARA ALI 11

    II-3- Convention des tentions et courants

    Le sens des courants et tensions positifs sur le transistor NPN et PNP sont ci-dessous :

    IE = IB + IC IE = IB + IC

    Transistor NPN Transistor PNP

    II-4- Diffrents tats de fonctionnement dun transistor

    a- Montage exprimental

    Le montage exprimental est ralis avec un transistor NPN.

    b- Relev de mesure

    En faisant varier la tension VBB, on relve les valeurs de IB, IC, IE et VCE. On distingue que le transistor a trois tats de fonctionnement :

    tat : - Tous les courants sont nuls dans le transistor : IB = IC = IE = 0. - La tension VCE est maximale : VCE = VCC.

    Dans cet tat le transistor est dit bloqu. Le transistor est donc quivalent un interrupteur ouvert.

    tat : - La tension VCE est comprise entre 0,25V et VCC : 0,25V0 < VCE < VCC.

    - Le courant IC est proportionnel au courant IB : IC = IB.

    : amplification en courant ou gain du transistor.

    Dans cet tat de fonctionnement le transistor est dit passant ou en rgime linaire.

    Pour le transistor tudi = 150. Ainsi on conclut qu partir dun faible courant de base on produit un important courant de collecteur. Cette proprit particulire de tout transistor bipolaire, est appele effet transistor.

    IB (mA) 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07

    IC (mA) 0 1,5 3 4,5 6 7,5 7,83 7,83

    IE (mA) 0 1,51 3,02 4,53 6,04 7,55 7,89 7,9

    VCE (V) 12 9,75 7,5 5,25 3 0,75 0,25 0,25

    IC/IB 150 150 150 150 150 130,5 111,86

    tat

    tat

    tat

    IB

    IE

    IC

    VEC

    VEB

    E

    C

    B IB

    IC

    IE

    VCE

    VBE

    C

    E

    B

  • ELECTRONIQUE ANALOGIQUE TRANSISTOR BIPLAIRE

    OUATTARA ALI 12

    En rgime linaire on a IC = IB. Or IE = IB + IC ; donc IE = IB(1 + ) = IC(1 +

    ).

    Le gain pour un transistor a une valeur de quelques dizaines quelques centaines.

    Ainsi la plupart du temps pour simplifier les calculs on pourra poser ou bien encore

    .

    Dans les ouvrages anglophones, est souvent not h21 ou hfe.

    tat : - La tension VCE atteint une valeur minimale et ne varie plus : VCE = 0,25V 0.

    - Le courant IC atteint une valeur maximale et ne suit plus une volution linaire de IB : IC < IB.

    Dans cet tat le transistor est dit satur. Le transistor est donc quivalent un interrupteur ferm.

    la saturation la tension VCE = VCEsat 0 , le courant IC = ICsat < IBsat. En rsum, le transistor est un composant lectronique gr par la relation IC = IB. Cette relation traduit la possibilit de contrler un courant important (IC) laide dun courant beaucoup plus faible (IB), do son utilisation grande chelle en amplification.

    III- Rseau de caractristiques du transistor Cest un rseau de courbes qui dcrit lvolution du courant du collecteur IC en fonction de la tension VCE et ceci pour diffrentes valeurs du courant de base IB. Aussi lvolution IC=f(IB) et IB = f(VBE).

    Schma du montage exprimental

    VCC VBB=5V

    IC

    IB

    IB (A)

    VBE (V)

    Caractristique de sortie : IC = f(VCE)IB=cste

    Caractristique de transfert en courant : IC = f(IB)VCE=cste

    Caractristique dentre : VBE = f(IB)VCE=cste

    0,7 V

    VCE(V)

    IC (mA)

    IB=30A

    0 M0

    M1

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    OUATTARA ALI 13

    III-1- Observations du rseau de caractristiques :

    - La fonction IC = f(VCE) est matrise par la valeur du courant de base. Celle-ci comporte essentiellement deux domaines :

    o la partie o IC est peu variable pour une valeur de IB fixe, c'est le rgime linaire.

    o la partie coude o IC varie trs vite pour des valeurs de VCE0, le transistor est en rgime satur.

    - La fonction VBE = f(IB) est celle d'une jonction PN entre la base et l'metteur (cest comme une diode).

    - La fonction IC = f(IB) caractrise " l'effet transistor " en rgime linaire. C'est une droite de

    pente (gnralement est trs leve).

    Remarque : - Au point M0 le transistor est bloqu. Entre son collecteur et son metteur le transistor est quivalent

    un interrupteur ouvert. - Au point M1 le transistor est satur. Entre son collecteur et son metteur le transistor est quivalent

    un interrupteur ferm. - Par la variation spontane du courant IB de 0 IB6 =60A ou inversement on peut passer de M0 M1 ou

    inversement. Dans ce type de fonctionnement tout ou rien on dit que le transistor fonctionne en commutation.

    - En faisant varier IB tout en conservant le transistor en rgime linaire on peut utiliser le transistor en amplificateur de courant.

    III-2- Puissance dissipe par un transistor - domaine utilisable

    Les constructeurs prcisent, pour chaque type de transistor, les valeurs ne pas dpasser sous peine de dtruire le composant. Voici un extrait de la documentation constructeur du transistor 2N2222 (valeurs typiques)

    VCE max = 30V : tension VCE maximale que le transistor peut supporter IC max = 800 mA : courant IC maximal que le transistor peut supporter Ptot max = 0,5 W : puissance totale que peut dissiper le transistor au maximum

    La puissance que peut dissiper un transistor est donne par la somme des puissances fournies au transistor par le circuit dentre (VBE.IB) par le circuit de sortie (VCE.IC) :

    Mais en fonctionnement linaire, VBE.IB est ngligeable (quelques W) devant VCE.IC. Ainsi, la puissance dissipe par le transistor est donne par :

    Pd = VCE.IC

    IV- Polarisation du transistor

    Pour fonctionner correctement, le transistor doit avoir sa jonction base-metteur polarise en direct ce qui engendre un courant IB dans la base et un courant IC dans le collecteur.