Electronique Analogique Transistors Bipolaires à Jonction · Transistors Bipolaires à Jonction...
Transcript of Electronique Analogique Transistors Bipolaires à Jonction · Transistors Bipolaires à Jonction...
Electronique Analogique
Transistors Bipolaires à Jonction
Présenté par: Boubkar BAHANI
Année : 2019/2020
PLAN
• Introduction
• Structure du Transistor
• Fonctionnement du Transistor Bipolaire
• Caractéristiques et paramètres du Transistor
• Transistor comme Amplificateur
• Transistor comme Interrupteur
Composant électronique actif fondamental
Utilisé comme interrupteur commandé et pour l'amplification, maisaussi pour stabiliser une tension, moduler un signal ainsi que denombreuses autres utilisations.
dispositif semi-conducteur à trois électrodes actives qui permet lecontrôle grâce à une électrode d'entrée (Base) d'un courant oud'une tension sur l'une des électrodes de sorties (Collecteur ouEmetteur).
Transistor Bipolaire: Introduction
4
Un transistor bipolaire comporte 3 couches de silicium disposées en
sandwich dans l’ordre PNP ou NPN
Matériau N
+
+
+
+
+
+
Matériau P
-
-
-
-
Matériau N
+
+
+
+
+
+
Création de 2 jonctions PN
Transistor Bipolaire: Introduction
5
STRUCTURE DU TRANSISTOR
Transistor Bipolaire à Jonction (BJT)
3 Régions à semi-conducteurs dopés, séparées par 2 Jonctions PN.
3 Régions : Emetteur, Base et Collecteur.
a) Vue en coupe de la structure du BJT
Structure
6
STRUCTURE DU TRANSISTOR
Jonction PN reliant Base et Emetteur Jonction Base-Emetteur (B-E).
Jonction PN reliant Base et Collecteur Jonction Base-Collecteur (B-C).
Fils conducteur branchés à chacune des régions E, B et C.
Remarques :- Base faiblement dopé et très étroite.
- Collecteur et Emetteur fortement dopés.
c) PNP
Représentation physique du BJT selon 2 types :
• 1° type (NPN) 2 régions N séparées par 1 région P,
• 2° type (PNP) 2 régions P séparées par 1 région N.
b) NPN
Symboles standard du transistor BJT
a) NPN b) PNP
Représentation
7
FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR BIPOLAIRE
Polarisation Directe-Inverse
Fonctionnement Normal en configuration d'amplificateur d’un BJT pour NPN et PNP :
Jonction Base-Emetteur (BE) en polarisation Directe
Jonction Base-Collecteur (BC) en polarisation Inverse
Polarisation Directe-Inverse d'un transistor bipolaire
NPN PNP
Polarisation
8
FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR BIPOLAIRE
Montages:
Montage en base commune:
Montage en émetteur commun:
Montage en collecteur commun:
v2v1
B
Ei1 C i2
C
I2=iC
i1=iB B
E
v2=VCE
v1=VBE
E i2
v2v1
C
Bi1
9
FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR BIPOLAIRE
Courants du transistor
Courants du transistor (a & c- NPN, b & d- PNP)
NPN PNP
Remarque : Flèche de Emetteur pointe dans la direction du courant conventionnel.
Analyse des diagrammes (Loi de Kirchhoff) IE = IC + IB
Comme IB est infime comparé à IE ou IC IE IC
Indices en majuscules
valeurs c.c.
(IE) Courant Emetteur
(IC) Courant Collecteur
(IB) Courant Base
10
FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR BIPOLAIRE
Un courant IB assez faible permetl'ouverture du "robinet" (B), ce quiprovoque via l'émetteur (E) l'écoulementd'un fort courant Ic en provenance duréservoir collecteur (C).
Lorsque le "robinet" est complètementouvert, le courant Ic est maximal: il existedonc une limite physique au gain encourant.
Analogique hydraulique
11
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR
Gain en courant Bêta CC (bCC)
Rapport Courant c.c. du Collecteur IC à Courant c.c. de la Base IB
Gain Bêta CC (bCC) : Gain direct en courant c.c. d’un BJT.
Rapport Courant c.c. du Collecteur IC à Courant c.c. de l’Emetteur IE
Alpha CC (CC).
Puisque IC < IE aCC < 1.
Exemple : Si IE = 100 mA et IB = 1 mA IC = 99 mA et CC = 0,99.
Valeurs typiques de CC : environ entre 20 à 200
hFE : Paramètre Hybride donné sur fiches techniques du transistor hFE = CC
Gain Alpha CC (aCC)
Valeurs typiques de CC : environ entre 0,95 à 0,99
Courants du transistor
12
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR
Relation entre CC et CC
Soit : IE = IC + IB
Divisons chaque courant par IC
Or CC = IC / IB et CC = IC / IE
Après simplification :
Plus CC est proche de 1, plus CC est élevée.
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR
Analyse des courants et des tensions
IB : Courant c.c. de BaseIE : Courant c.c. d'EmetteurIC : Courant c.c. du Collecteur
VBE : Tension c.c. Base par rapport à EmetteurVCB : Tension c.c. Collecteur par rapport à BaseVCE : Tension c.c. Collecteur par rapport à Emetteur
VBB : Polarise en Directe la jonction B-E et VCC : Polarise en Inverse la jonction B-C.
Jonction B-E est sous polarisation Directe
Son action est semblable à celle d'une Diode
Possède une tension à ses bornes égale à la valeur de barrière de potentiel : VBE 0,7 V
Remarque : Généralement VBB < VCC.
Pour un transistor, VBE peut s'élever jusqu'à 0,9 V.
Courants et tensions de transistor
15
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR
Analyse des courants et des tensions
Emetteur à la masse (0 V)
Tension VRb au bornes de RB (lois des mailles de Kirchhoff) est : VRb = VBB – VBE
Selon la Loi d'Ohm : VRb = IB . RB
En substituant les termes : IB . RB = VBB - VBE
En Isolant le terme IB :
La Tension VRc aux bornes de RC est : VRc = IC . RC
La Tension VCE du Collecteur par rapport à Emetteur, qui est à la masse, est :
VCE = VCC - IC . RC où IC = bCC . IB.
La Tension VCB aux bornes de la jonction C-B sous polarisation inverse est :
VCB = VCE - VBE car VCB = VCE + VEB
16
Exemple 4-2 :
Déterminez IB, IC, IE, VBE, VCE et VCB pour le circuit à la figure ci-dessous.
Le transistor possède une valeur de CC = 150.
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR
Analyse des courants et des tensions
17
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR
Courbes caractéristiques du Collecteur
Montage de mesure :
En faisant Varier VBB et VCC
Série de Courbes démontrant comment IC varie avec VCE pour différentes valeurs de IB.
Courbes Caractéristiques du Collecteur.
18
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR
Courbes caractéristiques du Collecteur
En faisant varier VBB et VCC
Variations de VCE
Variations de ICE en fonction de VCE
b) Courbe de IC = f(VCE) pour IB = Cte
A mesure que VCC , VCE aussi à cause de IC qui (entre A et B)
IC aussi à mesure que VCC puisque VCE < 0,7 V (car Jonction B-C en polarisation directe)
c) Caractéristiques du Collecteur : IC = f(VCE) pour IB
donné (IB1 < IB2 < IB3 …).
Région de
ClaquageRégion de
Saturation
Région Active ou
Linéaire
Région de
Blocage
19
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR
Blocage
Transistor au Blocage Si IB = 0 (borne de la Base ouverte).
Blocage Jonctions BE et BC sont en polarisation Inverse.
Blocage Courant de fuite au Collecteur négligeable (ICE0 0) et VCE VCC
Blocage
20
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR
Saturation
Lorsque jonction BE passe en polarisation Directe et que
si IB alors IC également (puisque IC = CC . IB) et
VCE puisque VRc (puisque VCE = VCC - IC . RC)
Saturation
A Saturation (VCE = VCE(sat)), IC cesse de même si IB continue à .
A Saturation IC = bCC . IB NON valable mais IC = IC(sat)
VCE(Sat) est sous le genou des Caractéristiques du Collecteur
VCE(Sat) Quelques dixièmes de volt pour transistors au Si.
21
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR
Droite de Charge c.c. : droite entre points de Blocage et de Saturation.
Région active du transistor sur la droite entre les points de Blocage et de Saturation.
Droite de charge c.c. sur les courbes caractéristiques du collecteur,
illustrant les états opérationnels de Blocage et de Saturation.
Droite de Charge c.c. (Statique)
Point de Saturation
IC = IC(sat) et VCE = VCE(sat)
Point de Blocage Idéal
IC = 0 et VCE = VCC
Dissipation de puissance PD(max)
VCE . IC doit être < PD(max)
22
CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR
Exemple 4-4 :
Déterminez si le transistor de la figure ci-dessous est en état de saturation. Supposer que VCE(sat) = 0,2 V.
TRANSISTOR COMME AMPLIFICATEUR
Grandeurs c.c. et c.a.
Distinction entre grandeurs c.c. ou c.a. se fait au niveau d'indice.
Exemples : IB, IC et IE : Courants c.c. VBE, VCB, VCE, VB, VC et VE : Tensions c.c.
Ib, Ic, et Ie : Courants c.a. Vbe, Vcb, Vce, Vb, Vc et Ve : Tensions c.a.
Transistor Amplifie Courant puisque : ICollecteur = IBase .
Tension c.a. Ven reliée en série à Tension c.c. de polarisation VBB et résistance de base RB.
Tension c.c. de polarisation VCC reliée au collecteur à travers résistance RC.
Amplification avec le transistor
a)Circuit avec tension c.a.
d'entrée Ven et tension de
polarisation c.c. VCC
superposées
b) Formes d'onde
Amplificateur à transistor de base.
c)Circuit équivalent c.a.
24
TRANSISTOR COMME INTERRUPTEUR
a) Transistor Bloqué puisque la jonction BE non polarisée en Directe
Il existe Idéalement un Circuit Ouvert entre Collecteur et Emetteur.
b) Transistor Saturé puisque la jonction BE en polarisation Directe et que IB est suffisant pour que IC puisse
atteindre IC(sat)
Il existe Idéalement un Court-Circuit entre Collecteur et Emetteur.
En réalité on mesure une tension d'environ quelques dixièmes de volt : VCE(sat)
a) Blocage : Interrupteur ouvert b) Saturation : Interrupteur fermé
Action idéale du transistor comme interrupteur
25
TRANSISTOR COMME INTERRUPTEUR
Transistor en Blocage SI jonction BE non en polarisation directe :
Tous I 0 et VCE VCC
Soit : VCE(blocage) = VCC
Comme VCE(sat) << VCC peut être négligé.
IB(min) requise Saturation est :
Remarque : Pour garder transistor en saturation : IB sensiblement > IB(min).
Conditions du blocage
Transistor Saturé SI jonction BE en polarisation directe et qu'il existe IB assez élevé IC maximal.
Lors de saturation :
Conditions de saturation
26
Fin