TRANSISTORS BIPOLAIRES

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1 TRANSISTORS BIPOLAIRES Licence Physique et Application - Semestre 4 1. L effet transistor 2. Polarisation d un transistor 3. Montages de base 4. Classes d amplification 5. transistor à effet de champ Attention, ce document représente un support de cours, non-pas un cours complet! Jérôme Baudot février-juin

2 1 L effet transistor 1.1 Symboles et définitions Collecteur Définitions : transistor : groupement de deux diodes en matériaux semiconducteur (Si) bipolaire : utilisation des électrons et des trous 2 versions! : NPN et PNP Pour le NPN : diode BE polarisée en direct diode BC polarisée en inverse Base h+ N + P e N ++ Symboles : émetteur :E, potentiel V E, courant I E base :B, potentiel V B, courant I B collecteur :C, potentiel V C, courant I C tension Collecteur-Emetteur : V CE = V C V E tension Base-Emetteur : V BE = V B V E tension Collecteur-Base : V CB = V C V B B transistor NPN C I C I V B CE V I BE E Emetteur B transistor PNP C I C I V B CE V I BE E 2

3 1.2 Caractéristiques du transistor (ma) I B (V) 0.8 V BE (ma) I C I B =1 ma = 750 µa I B =500 µa (V) 14 I B V CE Régimes : linéaire : V BE à la valeur seuil I C, V CE intermédiaires blocage : I C nul V BE = 0 V sous la valeur seuil, I B = 0 A et V CE extrême saturation : I C trop important I B élevé également Caractéristiques : tension seuil de la diode BE multiplication en courant β = I C IB avec β qq 100 dépendant de V CE, I C, température I C = αi E, usuellement α 1 3

4 2 Polarisation du transistor Objectifs : définir le point de fonctionnement du transistor (le régime) c.a.d. courants et tensions continus apporte la puissance pour rendre le composant actif choix de V BE, V CE impose I B, I C Attaque : circuit définissant I B et V BE c est une droite dans le plan (V BE, I B ) I B = V BB R B V BE R B intersection avec la caract. de la diode BE = point de fonctionnement si le transistor est passant V BE 0,7 V V BB R B I B V BE B I C C I E VCE R C V CC Charge : circuit définissant I C et V CE c est une droite dans le plan (I C, V CE ) I C = V CC R C V CE R C 4

5 3 Modèle en régime sinusoïdal Signaux sinusoïdaux : point de fonctionnement = signaux continus V, I l utilité des montages = manipuler les signaux sinusoïdaux v, i MAIS il faut conserver v < V pour ne pas modifier le point de fonctionnement fonctionnement stable modélisation possible des diodes BE et CE pour les signaux d amplitude v Modèle pour régime linéaire : diode BE résistance dynamique r E = V T IE définie par point de fonctionnement continu, V T 25, 9 mv en général r E = qq Ω diode CE source de courant idéale i c B I B r E E I C C 5

6 4 Montage à emetteur commun 4.1 polarisation R 1 R C +V cc Droite d attaque : I B 0 A I B B i C C E I E V B = V CC R 2 R 1 +R 2 diode BE passante V BE 0,7 V au final V E fixée à V CC R 2 R 1 +R 2 V BE Droite de charge : I C I E = V E RE R 2 R E V CE = V CC (R C + R E )I C doit rester dans le domaine linéaire r E est alors déterminée par I E 6

7 4.2 Petits signaux v e R o C B R 1 R 2 +V cc Utilité des capacités : R C R E C C C E v s superposer grandeurs continues et sinusoïdale C B, C C capacités de liaison aux grandeurs d entrée et de sortie en petits signaux mais coupe influence grandeurs continues car capacités circuit ouvert C E capacité de découplage permet de courcircuiter R E à la masse pour les petits signaux sinusoïdaux ve R o R 1 R 2 r E R C vs I B I C Propriétés : gain en tension v s = R C v e re résistance d entrée Z E = R 1 R 2 résistance de sortie Z C = 7

8 5 Montage à collecteur commun +V cc Polarisation : Identique au montage à émetteur commun, sauf pour V CE R 1 V CE = V CC R E I C qui doit rester dans le domaine linéaire v e R C B R 2 R E vs Petits signaux sinusoidaux : gain en tension v s v e = R E R E +r E 1 gain en courant i s ie = R 1 R 2 R E +r E > 1, si on considère que R E est la charge, on a G i = R 1 R 2 r E 1 résistance d entrée Z E = R 1 R 2 résistance de sortie Z C = r E source de tension idale avec impédance de sortie nulle 8

9 6 Montage à base commune V cc Polarisation : Identique au montage à émetteur commun R 1 R c C C v s Petits signaux sinusoidaux : il est nécessaire de considérer i c = βi b, même avec i b 0 R 2 C B R E C E v e R u gain en tension v s v e = R C βr E 1 gain en courant i s ie = β 1 résistance d entrée Z E = r E résistance de sortie Z C = R C ou si R C est considérée comme la charge source de courant idéale 9

10 7 Classes d amplification Classe A : l élément actif conduit durant toute la période du signal exemples : montages emetteur, collecteur et base commun Classe C : l élément actif conduit durant un temps demipériode du signal exemples : amplificateur de puissance chargés en général par circuit résonnant Classe B : deux éléments actifs dans le circuit chacun conduit durant une demi-période différente du signal exemples : montage push-pull Classe D : l(es) élément(s) actif(s) fonctionne(nt) comme interrupteur exemples : montages en commutation 10

11 7.1 Classe A Modélisation petits signaux Tant que le point de fonctionnement est en régime linéaire : B I B I C C r E E Résumé G v Gi Z e Z s intérêt E commun > 1 > 1 qq kω qq 10 kω double ampli v, i C commun 1 > 1 qq 10kΩ qq Ω source v B commun > 1 > 1 qq Ω qq 10 kω source i 11

12 7.2 Classe B : Montage push-pull R +V cc C B Tx 1 v e v s i C E R L C B Tx 2 R V cc 12

13 7.3 Classe C +V cc C R L C C v s v e C B R B R L 13

14 8 Mirroir de courant Vcc Q1 Q2 I R I c R Rc 14

15 9 transistor à effet de champ (TEC) 9.1 Symboles et définitions Drain Définitions : tension de grille détermine la largeur du canal unipolaire : utilisation des électrons ou des trous 2 versions! : canal N ou canal P FET = Field Effect Transistor grille (gate) N P e P Source Symboles : grille ou gate : G, courant I G 0 (< na) source : S drain : D, courant I D tension Grille-Source : V GS < 0 pour canal N (>0 pour canal P) tension Drain-Source : V DS > 0 pour canal N (>0 pour canal P) G V GS I D D S V DS 15

16 9.2 Caractéristiques du FET (ma) I D 10 8 (ma) I D (V) V GS I Dss, courant maximal pour V GS = 0 V GSbloc qq V, tension de blocage (I D = 0) I D = I Dss (1 V GS ) V GSbloc V DS FET passant : I D = f(v GS ) indépendant de V DS > 0 FET bloqué : V DS 0 V FET saturé : V DS = V CC (V) 16

17 9.3 Polarisation du FET V CC R 1 R D D I D G V DS R 2 V GS S R s 17

18 9.4 Montage à source commune V CC R 1 R D C D I D V DS v s v e C G V GS R 2 R s C S 18

19 9.5 Modélisation petits signaux du FET G i d D v gs v g m gs S v ds 19

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