transistor bipolaire - Côte d'Azur University

1 transistor bipolaire . I Introduction Constitution n p Le transistor bipolaire est collecteur r alis dans un monocristal p base n comportant trois zones de dopage diff rentes. metteur n p n C. On reconna t deux jonctions PN. p B que l'on peut consid rer comme deux diodes lorsque le transistor n E n'est pas polaris . Pour polariser correctement un transistor , il faut que : la jonction entre B et E soit polaris e dans le sens direct, la jonction entre C et B soit polaris e dans le sens inverse. Polytech Elec3 1 C. PETER V transistor bipolaire . Symboles, tensions et courants NPN PNP. C C. IC IC. IB L' metteur est rep r IB. B par la fl che qui B. VCE VCE. symbolise le sens VBE IE r el du courant VBE IE.

2 E E. grandeurs positives grandeurs n gatives Loi de Kirchhoff appliqu e au transistor bipolaire : IE = IC + IB. Polytech Elec3 2 C. PETER V transistor bipolaire . Remarques : Le transistor NPN polaris . la base est faiblement dop e la base est tr s fine 0 < V1 < Vseuil de la jonction PN. La jonction BE est polaris e en directe mais n'est pas passante IB = 0 . Il faut V2 > V1 pour polariser correctement le transistor . la jonction BC est polaris e en inverse, IC = courant inverse = ICEo 0. Polytech Elec3 3 C. PETER V transistor bipolaire . Le transistor NPN polaris Remarques : V1 > Vseuil de la jonction PN la base est faiblement dop e la base est tr s fine La jonction BE est passante IB > 0, et VBE 0,6 V.

3 Ce courant est constitu d'un flux d' lectrons allant de l' metteur vers la base. Les lectrons arrivant dans la base peuvent rester libres longtemps avant d' tre pi g s. La base tant fine, ils arrivent la 2 me jonction et passent dans le collecteur. La majorit des lectrons inject s par l' metteur traversent la base et se retrouvent dans le collecteur. Il en r sulte un courant positif IC. de valeur bien sup rieure IB. Polytech Elec3 4 C. PETER V transistor bipolaire . Lorsque le transistor est polaris correctement, on peut d finir plusieurs rapports de courants statiques (courants continus), notamment : alpha statique I IC. C. DC = = 1 car I B I C. IE I C I B. DC 0,99 transitors classiques 0,95 transistors de puissance b ta statique IC 100 DC 300 transitors classiques DC =.

4 IB 20 DC 100 transistors de puissance DC est aussi appel gain en courant du transistor . Ce gain est l'origine de nombreuses applications Polytech Elec3 5 C. PETER V transistor bipolaire . Le transistor consid r comme un quadrip le i1 i2. Le transistor ayant trois lectrodes, l'une entr e sortie d'elles sera commune l'entr e et la v1 T v2. sortie. Il en r sulte trois montages principaux. Montage entr e sortie Les montages correspondant metteur commun base collecteur une permutation entr e . collecteur commun base metteur sortie sont sans int r t car ils base commune metteur collecteur ne permettent pas de gain. EC CC BC. IC IE IE IC. IB IB. VBE VCE VBC VEC VEB VCB. Polytech Elec3 6 C.

5 PETER V transistor bipolaire . R seau de caract ristiques (montage metteur commun). Polytech Elec3 7 C. PETER V transistor bipolaire . Remarques : NPN grandeurs positives ; PNP grandeurs n gatives. VBE ne d pend pratiquement pas de VCE , le r seau d'entr e ne comporte qu'une seule courbe. IC d pend faiblement de VCE , le r seau de transfert ne comporte souvent qu'une seule courbe. La puissance dissip e par un transistor est limit e Pmax. Le r seau de caract ristiques est donn pour une temp rature d finie. Il existe une dispersion des caract ristiques pour des transistors de m mes r f rences. Ordres de grandeurs : VBE : 0,7 V ; VCE : 1 qq 100 V ; IC : mA A ; IB : A. Le point de fonctionnement peut tre port sur le r seau.

6 Polytech Elec3 8 C. PETER V transistor bipolaire . II Le transistor en commutation R gion de blocage Pour VB = 0, VBE = 0 et IB = 0 IC = IB = 0. La jonction CB est polaris e en inverse. Il existe donc un faible courant de fuite ICEo. En pratique ce courant est n glig et on consid re le transistor comme un circuit ouvert. On dit que le transistor est bloqu . Polytech Elec3 9 C. PETER V transistor bipolaire . R gion de saturation Pour VB > Vseuil de la jonction PN, on a : V B V BE. V B =R B I B V BE I B=. RB VB VB. Lorsque VB >> VBE , on peut n gliger VBE , d'o : I B= I C = I B= . E V CE VB RB RB. Par ailleurs, E = RC IC + VCE , d'o : I C= = . RC RB. E. Si RB , IB donc IC et VCE.

7 Lorsque VCE = 0 , I C = =I Cmax V B I Cmax RC. Si RB encore, IC = ICmax mais I B = et la relation IC = IB n'est plus v rifi e. RB . Le transistor est satur : VCE = VCEsat = 0,2 0,4 V et IC E / RC . Si IB >> IC , le transistor est satur . Polytech Elec3 10 C. PETER V transistor bipolaire . Polytech Elec3 11 C. PETER V transistor bipolaire . III Polarisation du transistor (zone lin aire). Polariser un transistor consiste d finir son tat de fonctionnement par l'adjonction de sources de tension continues et de r sistances . Cet tat de conduction est caract ris par un point dans chacun des quadrants du r seau de caract ristiques, ce point est appel p o i n t d e f o n ctio n n em en t ou p o in t d e r ep o s.

8 Le point de fonctionnement caract rise deux variables ind pendantes du transistor : IC. et VCE . Il doit tre choisi dans la zone lin aire, mais en dehors des zones interdites et doit tre peut sensible aux variations de temp rature. Polytech Elec3 12 C. PETER V transistor bipolaire . Polarisation deux sources de tension C'est un montage peu utilis car il n cessite deux sources. Polarisation une source de tension E=R B I B V BE 1 . { E=RC I C V CE 2 . I C = I B 3 . E V BE E V BE. 1 I B = 3 I C = I B = . RB RB. E V BE. 2 V CE =E RC I C =E RC . RB. Polytech Elec3 13 C. PETER V transistor bipolaire . Polarisation deux sources de tension C'est un montage peu utilis car il n cessite deux sources.}

9 Polarisation une source de tension E=R B I B V BE 1 . { E=RC I C V CE 2 . I C = I B 3 . E V BE E V BE. 1 I B = 3 I C = I B = . RB RB Montage instable E V BE en temp rature 2 V CE =E RC I C =E RC . RB. Polytech Elec3 14 C. PETER V transistor bipolaire . Polarisation par pont et r sistance d' metteur D termination approch e du point de fonctionnement On consid re I1 , I2 >> IB I1 = I2 >> IB . R2. On en d duit : V BM = E. R1 R 2. On a VBM = VBE + RE IE = VBE + RE (IC + IB). Si est grand, IC >> IB et VBM VBE + RE IC. V BM V BE E R 2 V BE. d'o : I C= = . RE R 1 R 2 R E R E. On a E = RC IC + VCE + RE IE = RC IC + VCE + RE (IC + IB) RC IC + VCE + RE IC. RC R E R 2 RC R E V BE. et on en d duit V CE =E RC R E I C =E E.}

10 R1 R2 R E RE. Stabilit en temp rature : si IC ,VE donc VBE IB IC . Polytech Elec3 15 C. PETER V transistor bipolaire . D termination rigoureuse du point de fonctionnement R1 R 2 E R 2. RB= V B=. R 1 R 2 R 1 R2. E = RC I C V CE R E I C I B . V B = R B I B V BE R E I C I B . I C= I B. V BE =valeur moyenne Polytech Elec3 16 C. PETER V transistor bipolaire . D termination graphique du point de fonctionnement En n gligeant IB devant IC , on a E = RC IC + VCE + RE IC . On en d duit l' quation de la droite de charge : E V CE. I C=. RC R E. Connaissant l'un des param tres, on peut en d duire les autres. Polytech Elec3 17 C. PETER V transistor bipolaire . IV Le transistor en r gime dynamique L' tude en r gime dynamique consiste analyser le fonctionnement d'un transistor polaris.