MESURER LES CARACTERISTIQUES SIGNIFICATIVES D'UN TRANSISTOR NPN
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- Fabienne Aubin
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1 Électricité Électronique Trnsistor bipolire MESURER LES ARATERISTIQUES SIGNIFIATIVES D'UN TRANSISTOR NPN Mesurer l crctéristique d'entrée, c'est-à-dire le cournt de bse IB en fonction de l tension bse-émetteur UBE Mesurer l crctéristique de commnde, c'est-à-dire le cournt de collecteur I en fonction du cournt de bse IB tension collecteur-émetteur fixe UE. Mesurer l crctéristique de sortie, c'est-à-dire le cournt de collecteur I en fonction de l tension collecteurémetteur UE à cournt de bse fixe IB. UE82 6/6 UD Fig. : Disposition pour mesure (exemple : crctéristique d'entrée). NOTIONS DE BASE GENERALES Un trnsistor bipolire est un composnt électronique constitué de trois couches semi-conductrices dopées en lternnce P et N : l bse B, le collecteur et l'émetteur E. L bse se trouve entre le collecteur et l'émetteur et sert de commnde. Dns son principe, le trnsistor bipolire correspond à deux diodes opposées dotées d'une node ou d'une cthode commune. L bipolrité provient de l prticiption des électrons et des trous u trnsport des chrges suite ux différents types de dopge. / 5
2 UE82 B SIENTIFI PHYSIS EXPERIMENT I, U Tb. : Les qutre modes de service d'un trnsistor NPN UBE UB Mode de service > < Mrche vnt/mode de service norml I B B E U E > > Sturtion < > Mrche rrière/mode de service inverse < < Mode bloqunt U BE B Fig. 2: Structure de principe d'un trnsistor NPN vec les symboles de commuttion et les tensions et cournts Selon l'gencement des couches, on prle d'un trnsistor NPN ou PNP (Fig. 2). Selon les bornes entre lesquelles sont ppliquées les tensions d'entrée et de sortie, le trnsistor bipolire est exploité comme un qudripôle dns trois circuits de bse : le circuit émetteur, le circuit collecteur et le circuit de bse. Les désigntions des circuits indiquent l borne commune de l'entrée et de l sortie. Nous n'étudierons pr l suite que le trnsistor NPN. N P N E Selon le montge de l jonction bse-émetteur ou bsecollecteur dns le sens pssnt (UBE, UB > ) ou bloqunt (UBE, UB < ), on obtient qutre modes de service du trnsistor NPN (voir Tb. ). En mrche vnt du trnsistor, l trnsition BE (UBE > ) polrisée dns le sens pssnt injecte des électrons de l'émetteur vers l bse et des trous de l bse vers l'émetteur. omme le dopge de l'émetteur est nettement supérieur à celui de l bse, l quntité d'électrons injectés dns l bse est supérieure à celle de trous injectés dns l'émetteur, minimisnt pr conséquent les recombinisons. omme l lrgeur de l bse est bien plus petite que l longueur de diffusion des électrons, qui sont des porteurs de chrges minoritires dns l bse, les électrons pssent à trvers l bse dns l couche de blocge entre l bse et le collecteur et dérivent vers le collecteur, cr l couche de blocge ne représente un obstcle que pour les porteurs de chrges mjoritires. Enfin, il se forme un cournt de trnsfert IT de l'émetteur dns le collecteur qui, en mrche vnt, représente une prt essentielle du cournt de collecteur I. Aussi, le trnsistor peut être considéré comme une source de cournt commndée pr l tension ; le cournt I à l sortie peut être commndé pr l tension UBE à l'entrée. Les électrons recombinés dns l bse sont évcués comme cournt de bse IB de l bse pour grntir un cournt de trnsfert constnt IT et insi l stbilité du trnsistor. Un fible cournt d'entrée IB commnde donc un grnd cournt de sortie I (I IT) et il en résulte un gin de cournt. I E Tb. 2 : Les qutre crctéristiques d'un trnsistor NPN en mrche vnt. Désigntion rctéristique d'entrée Dépendnce IB(UBE) rctéristique de commnde I(IB) Prmètre UE = const. rctéristique de sortie I(UE) IB = const. rctéristique inverse UBE(UE) IB = const. Le comportement d'un trnsistor bipolire est crctérisé pr qutre crctéristiques : entrée, commnde, sortie et inverse (voir Tb. 2). Dns l'expérience, les crctéristiques d'entrée, de commnde et de sortie sont mesurées et représentées grphiquement à titre d'exemple pour le trnsistor NPN. LISTE DES APPAREILS Plque de connexion des composnts Jeu de connecteurs de shuntge, P2W9 292 (U25) 2985 (U9) Résistnce kω, 2 W, P2W9 296 (U24) Résistnce 47 kω,,5 W, P2W9 Potentiomètre 22 Ω, W, P4W5 Potentiomètre kω, W, P4W5 Trnsistor NPN BD 7, P4W (U4) 294 (U42) 296 (U44) 2974 (U82) Alimenttion A/ 2 V / 2776 (U76-2) ou Alimenttion A/ 2 V / 2775 (U76-5) Multimètre nlogique Escol 526 (U8557) Jeu de 5 cordons à reprise rrière, 75 cm, mm² 284 (U8) 2 / 5
3 292 Plug in bord 292 Plug in bord 292 Plug in bord d e c f b g k 2 W k 2 W k 2 W b b c c d d 22 W e g 22 W e g 47 2 W f f UE82 B SIENTIFI PHYSIS EXPERIMENT MONTAGE ET REALISATION Notes : Dns tous les circuits, l résistnce k sert de protection et doit toujours être enfichée. N'llumez le bloc d'limenttion et n'ugmentez l tension que lorsque les circuits sont terminés. Pour toutes les expériences, réglez l tension du bloc d'limenttion sur 5 V. Sélectionnez les grndeurs mesurées souhitées (tension, cournt) et les clibres ppropriés sur les multimètres nlogiques. Veillez à l bonne polrité. rctéristique d'entrée Montez le circuit comme le montre l Fig.. Les deux multimètres nlogiques connectés servent à mesurer l tension bse-émetteur UBE et le cournt de l bse IB. Réglez le potentiomètre k de mnière à ce que l tension bse-émetteur s'élève à V. Avec le potentiomètre, ugmentez lentement l tension bse-émetteur en ps ppropriés, mesurez à chque fois l'intensité du cournt de l bse et notez les vleurs dns le Tb.. ESOLA =...2 V...2 V / A Fig. : Schém de circuit pour enregistrer l crctéristique d'entrée....2 V...2 V / A BD 7 ESOLA = ESOLA = rctéristique de commnde Montez le circuit comme le montre l Fig. 4. Les trois multimètres nlogiques connectés servent à contrôler l tension collecteur-émetteur UE insi qu'à mesurer l'intensité du cournt de l bse IB et l'intensité du cournt du collecteur I. Lisez et notez l tension collecteur-émetteur. Réglez le potentiomètre k de mnière à ce que l'intensité du cournt de l bse soit minimle. Avec le potentiomètre, ugmentez lentement l'intensité du cournt de l bse en ps ppropriés, mesurez à chque fois l'intensité du cournt du collecteur et notez les vleurs dns le Tb. 4. ESOLA = Fig. 4: Schém de circuit pour enregistrer l crctéristique de commnde. BD 7 ESOLA = rctéristique de sortie Montez le circuit comme le montre l Fig. 5. Remplcez le potentiomètre k pr l résistnce 47 k. De plus, enfichez le potentiomètre 22 en mont du collecteur. Les trois multimètres nlogiques connectés servent à contrôler l'intensité du cournt de l bse IB insi qu'à mesurer l tension collecteur-émetteur UE et l'intensité du cournt du collecteur I. Lisez et notez l'intensité du cournt de l bse. Réglez le potentiomètre 22 de mnière à ce que l tension collecteur-émetteur soit minimle. Avec le potentiomètre, ugmentez lentement l tension collecteur-émetteur en ps ppropriés, mesurez à chque fois l'intensité du cournt du collecteur I et notez les vleurs dns le Tb. 5. ESOLA =...2 V...2 V / A 22 W Fig. 5: Schém de circuit pour enregistrer l crctéristique de sortie. BD 7 ESOLA = ESOLA = / 5
4 UE82 B SIENTIFI PHYSIS EXPERIMENT EXEMPLE DE MESURE Tb. : rctéristique d'entrée. Données de mesure pour UBE et IB UBE / mv IB /,, 2,, 4, 5, 6, 66, 69 72,6 74, 75,5 76 2, 77 2,6 78,4 Tb. 4 : rctéristique de commnde. Données de mesure pour IB et I, UE = 5,2 V Tb. 5 : rctéristique de sortie. Données de mesure pour UE et I, IB = 4,2 UE / mv I / IB / I /,, 2,2 4 8,4,5,6 5,7 8,8 2,9 2, 26, 28,2, 2,4 4,5 6,6 8,7 4,8 4, , 44 4 / 5
5 UE82 B SIENTIFI PHYSIS EXPERIMENT EVALUATION omme prévu, l crctéristique d'entrée (Fig. 6) correspond à l crctéristique de pssge d'une diode Si. Avec l tension seuil, une diode semi-conductrice devient conductrice dns le sens du pssge. Pour déterminer l tension seuil à prtir des points de mesure, on extrpole l prtie fortement scendnte de l crctéristique d'entrée sur l'bscisse et on lit l tension US u point d'intersection : () US 72 mv,72 V. L vleur correspond bien à l vleur typique de,7 V pour le silicium. L courbe de l crctéristique de commnde (Fig. 7) est à peu près linéire, vec une pente décroissnte pour des cournts de collecteur supérieurs à I. Le fcteur de gin du cournt est clculé d'près I (2) B I B et s'élève en moyenne à 24. Dns des conditions d'essi déqutes, l vleur mximle est spécifiée à 25. Lorsque UE ugmente, l crctéristique de sortie (Fig. 8) ugmente en forte pente jusqu'à 2 mv, puis psse dns une étendue prtiquement horizontle. Les pertes en puissnce sont déterminées d'près I / I B / Fig. 7: rctéristique de commnde pour UE = 5,2 V () P UE I Dns l'étendue horizontle, elles s'élèvent à,5 W. L vleur mximle bsolue est de 8 W. I B / I / U BE / mv Fig. 6: rctéristique d'entrée U E / mv Fig. 8: rctéristique de sortie pour IB = 4,2 B Scientific GmbH, Rudorffweg 8, 2 Hmbourg, Allemgne, opyright 26 B Scientific GmbH
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