CHAP II : TRANSISTOR BIPOLAIRE

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1 CHAP II : TRANSISTOR BIPOLAIRE I- Constitution Il est constitué de trois couches de semiconducteurs extrinsèques. On distingue deux types de transistors bipolaires, les transistors NPN et les transistors PNP. Le transistor NPN est constitué par : Une couche N fortement dopée constituant l émetteur. Une couche P très mince et faiblement dopée constituant la base. Une couche N faiblement dopée constituant le collecteur. Le transistor PNP est constitué par : Une couche P fortement dopée constituant l émetteur. Une couche N très mince et faiblement dopée constituant la base. Une couche P faiblement dopée constituant le collecteur. Structure Symbole II- Principe de fonctionnement : effet transistor. En l absence de polarisation, les porteurs majoritaires diffusent de part et d autres des deux jo provoquant la création de deux zones dépeuplées (de déplétion) où règnent deux champs Ei q la diffusion et engendrent une situation d équilibre.. Si on applique un générateur externe entre le collecteur et l émetteur, la jonction collecteur-ba CB) est polarisée en inverse, sa zone dépeuplée devient plus large, aucun courant ne circule entre le c l émetteur.

2 Si on applique un deuxième générateur entre la base et l émetteur, la jonction base BE) trouve émetteu polarisée en direct, la zone de déplétion qui l entourait disparaît et un courant directe circul l émetteur, on l appelle le courant de B. base I La polarisation de la jonction BE en direct va être à l origine d un deuxième courant dans le tra effet, l émetteur fortement dopé N injecte un grand nombre d électrons dans la base (diffusion majoritaires), ces électrons ne vont pas tous être récupérés par le circuit extérieur, car, comme mince, un grand nombre d entre eux va se trouver au voisinage de la jonction base - collecteu jonction, les électrons du côté de la base constituent les porteurs minoritaires dont le passage est fortement encouragé par le champ important qui règne autour de cette jonction. Il en résu d un courant important entre le collecteur et l émetteur à travers la base. Ce phénomène est appelé effet transistor. (Effet transistor) Le courant le l émetteur E, celui I de la base B Iet celui du collecteur est noté C obéissent I aux relations suivantes : IE = B I+ C I et IC = βi B IE = B(1 I + β) IC IC IB VCE IB VCE VBE IE VBE IE NPN PNP Le rapport β entre le courant du collecteur et celui de la base est important, il varie entre quelq quelques centaines, c est le gain en courant du transistor. Dans les ouvrages anglophones, β est souvent noté h 21ou hfe. En résumé, le transistor est un composant électronique géré par la relation I C = βi B. Cette relation traduit la possibilité de contrôler un courant important (I C) à l aide d un courant beaucoup plus faible (IB), d où son utilisation à grande échelle en amplification.

3 III- Réseau de caractéristique du transistor C est un réseau de courbes qui décrit l évolution du courant C du en collecteur fonction de I la tension CEet V ceci pour différentes valeurs du courant B. de Aussi base l évolution I C=f(IB) I et IB = f(vbe). Caractéristique de transfert en courant IC = βi B Caractéristique de C sortie = f(v CE)IB=cste I IB (µa) 0,7 V Caractéristique d entrée BE= Vf(I B)VCE=cste VBE (V) IV- Polarisation du transistor Pour fonctionner correctement, le transistor doit avoir sa jonction base-émetteur polarisée en d engendre un courant B dans I la base et un courant C = I β IB dans le collecteur. L état du transistor est caractérisé par ce qu on appelle le point de fonctionnement correspondant CE, IC) qui au sont couple la (V tension entre le collecteur et l émetteur ainsi que le courant du C. collecteur Ces valeurs I sont nommées en général V CE0, IC0 IV-1- Polarisation par résistance de base - On détermine le courant B en Iécrivant la loi d Ohm dans la maille d entré : V CC = R B I B + V BE + R E (I B + I C ) En remplaçant IC par βib, on obtient : V BE = V CC [R B + R E (1 + β)]i B (Droite d attaque statique:das)

4 Cette expression montre que BEvarie V en fonction de B. Toutefois I comme cette variation BEreste de V assez faible pour toute la plage de variation B, alors de Ion prendra en géneral BE= cste V 0,7V pour les transistors au silicium. - La tension V CEest obtenue en écrivant la loi d Ohm dans la maille de sortie : V CE = V CC [R C + R E (1 + )]I C (Droite de charge statique : DCS) Il arrive que le problème soit posé à l envers, c est à dire qu on se donne un point de fonctionn cherche les valeurs des résistances qui permettent d obtenir ce point de fonctionnement. Exemple : puis le placer sur le réseau de caractéristique. Soit un transistor de β gain =100, et BE=0,7V V polarisé à l aide d une alimentation Vcc=12V, Calculer B, RRE, et RC pour obtenir le point de fonctionnement CE0=5V, Q{V C0=1mA}. I IV-2- Polarisation par réaction de collecteur Maille d entrée: V CC = R C (I B + I C ) + R B I B + V BE + R E (I B + I C ) V CC = (R C + R E )(1 + β)i B + R B I B + V BE V BE = V CC - [R B + (R C + R E )(1 + β)]i B (Droite d Attaque Statique) Maille de sortie: V CC = R C (I B + I C ) + V CE + R E (I B + I C ) V CC = (R C + R E )(1 + )I C + V CE V CE = V CC - (R C + R E )(1 + )I C (Droite de Charge Statique) IV-3- Polarisation par pont de base

5 La base est polarisée par un "pont" constitué de deux résistance R B1 et RB2. Pour faciliter le calcul, on applique le théorème de Thévenin au circuit d'entrée et on obtient le permet de ramener le problème à une polarisation par une résistance de base. Maille d entrée: V eq = R eq I B + V BE + R E (I B + I C ) V BE =V eq - [R eq + R E (1 + β)] I B (DAS) Maille de sortie: V CC = R C I C + V CE + R E (I B + I C ) V CE = V CC [R C + R E (1 + )]I C (DCS) Pratique : On donne Vcc=12V, β =100, VBE=0,7V. Calculer RB1, RB2, RE, et RC pour obtenir le point de fonctionnement : {VCE0 = 5,5V, IC0 = 1mA, Ve = 1V (potentiel à l émetteur)}. VB Ve Ces données ne suffisent pas pour calculer les deux résistances du pon permettent seulement de calculer Req. Pour lever cette indétermination donne une des deux résistances et on calcule l'autre. Une deuxième sol consiste à se donner le rapport entre le courant P et du le pont courant I de base B I Si on note 1 le I courant dans 1 et R I2 le courant dans 2, on R a 1 I= B I+ 2. I Si I2 est grand devant B, on I peut négliger B et I on obtient 1 = I I2 = IP = courant du pont. En prenant P = I 30 B Ion obtient :