IV Transistors bipolaires. IV-1 définition : Un transistor bipolaire est un dispositif électronique à base de semiconducteur.

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1 IV Transistors bipolaires IV-1 définition : Un transistor bipolaire est un dispositif électronique à base de semiconducteur. Son principe de fonctionnement est basé sur deux jonctions PN, l'une en direct et l'autre en inverse. La polarisation de la jonction PN inverse par un faible courant électrique (parfois appelé effet transistor) permet de «commander» un courant beaucoup plus important, suivant le principe de l'amplification de courant. IV-2 Constitution : Le transistor bipolaire ou B.J.T. (Bipolar Junction Transistor), ou encore transistor bi jonction, est un semi-conducteur présentant trois zones de dopage différentes N, P et N, ou P, N et P. 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) Nous avons deux jonctions PN que l on peut considérer comme deux diodes. 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. 73

2 IV-3 Type de transistor : 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. Schématiquement, on représente les transistors comme indiqués sur la figure suivante et on associe à chacun six grandeurs électriques : trois courants et trois tensions. On bien évidemment I B + I C = I E et V CB = V CE V BE IV-4 Les caractéristiques du transistor bipolaire NPN Le fonctionnement du transistor NPN est décrit par les courbes caractéristiques qui lient les grandeurs électriques précédemment définies. Comme IE et VCB se déduisent des quatre autres, l usage est de considérer les caractéristiques liant IB, Ic, VBE et VCE (figure suivante). 74

3 Fondamentalement, il importe de retenir les propriétés suivantes : La courbe I B = f(v BE ) correspond au fonctionnement de la jonction base-émetteur. Il s agit donc de la caractéristique d une diode. On a I B = I S e (V BE V0 ) avec V 0 = 25 mv, à température ambiante. Le courant de collecteur I C et le courant de base I B sont liés par la relation fondamentale I C = βi B. Le coefficient β est une caractéristique intrinsèque du transistor. Il s agit de son gain en courant. Il est, en général, de l ordre de quelques dizaines à quelques centaines, selon les types de transistor. La fonction I C = f(v CE ) dépend de la valeur de I B (donc de V BE ), ce qui nous donne, finalement, un réseau de caractéristiques. La figure ci-contre montre l'allure de la caractéristique Ic/Vce. On distingue deux 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. 75

4 IV-5 La polarisation d un transistor La polarisation du transistor est un préalable incontournable à son fonctionnement en régime linéaire, autrement dit la polarisation a pour rôle de placer le point de fonctionnement du transistor dans la zone linéaire de ses caractéristiques. Pour cela on applique sur les trois électrodes du transistor des potentiels continues de valeurs convenables. Le point de fonctionnement est fixé par les valeurs de IB et VBE (caractéristiques d'entrée) et les valeurs de IC et VCE (caractéristiques de sortie). A partir du réseau de caractéristique, on peut déterminer le point de fonctionnement. La connaissance du point de repos à l'entrée N, permet de déduire, via la caractéristique de transfert en courant IC = f (IB), la valeur du courant de sortie et donc le point de repos en sortie M. 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. 76

5 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 de tensions). En pratique, les montages utilisent une seule source de tension continue. IV-5-1 Polarisation par résistance de base : Soit le montage de la figure suivante : La loi des mailles à l'entrée permet d écrire : EB=RB IB +VBE VBE = 0,7V. I B = E V BE R B E R B Pour la maille de sortie, on peut écrire : E = R C I C + V CE. Donc : V CE = E R C I C avec I C = βi B. IV-5-2 Transistor considéré comme un quadripôle : Le transistor ayant trois électrodes, l'une d'elles sera commune à l'entrée et à la sortie. Il en résulte trois montages principaux. 77