Université Mohammed Khidher Biskra A.U.: 2014/2015

Transcription

1 Uniersité Mohammed Khidher Biskra A.U.: 204/205 Faculté des sciences et de la technologie nseignant: Bekhouche Khaled Matière: lectronique Fondamentale hapitre 4 : Le Transistor Bipolaire à Jonction 4.. Définition : Le transistor bipolaire est une source de courant commandée en courant. Un transistor sert à amplifier le courant, dans ce cas il fonctionne en régime linéaire. Un transistor peut être utilisé comme un interrupteur commandé, on dit alors qu il fonctionne en commutation (régime non linéaire). On distingue deux types de transistors bipolaires : - Transistor bipolaire NPN - Transistor bipolaire PNP V V B I V B I V Les trois électrodes d un transistor bipolaire se nomment : émetteur (), base (B) et collecteur () Réseau de caractéristiques d'un transistor bipolaire NPN: Le fonctionnement du transistor se résume à l aide de son réseau de caractéristiques. - La caractéristique d entrée : i B = f( B ). - La caractéristique de transfert : i = f (i B ) à constante. - La caractéristique de sortie : = f (i ) à i B constant. sat 3 3 > 2 > 2 sat V B0 V Bsat V sat V Zone actie (amplification): Le transistor est alors, le plus souent, utilisé dans un montage amplificateur. α I I aec = gain en courant bêta et α =gain en courant alpha α I I I I IB I I α V B0 <V B <V Bsat ; V V 0. 6 à 0. 7 V (silicium) B B0 V B /6

2 Zone de saturation: I V V sat VBsat B 0 V 0.6 à 0. 7 V (silicium) >sat V est de l ordre de 0,3 à 0,4V. sat n pratique, on prendra donc Vsat 0V. B V sat Zone de blocage: = 0 et V B < V B0 = 0.7 V ou 0.6 V I 0 I 0 B 4.3. Transistor en commutation (Interrupteur). On peut assimiler le transistor à un interrupteur commandé électriquement. La commande étant la base, et l'interrupteur étant entre le collecteur et l'émetteur. xemple: alculer la tension de sortie V S pour S ouert et fermé. On donne: V =5 V, R =00 Ω, R B =0 kω, R B2 =0 kω, =200, V B0 =0.7 V, V sat =0.3V, V Bsat V B0. V R I S R B V S I 2 R B2 a) Interrupteur ouert: Pour montrer que le transistor est bloqué, on calcul V B pour =0 et on le compare à V B0. Le courant I est nul, donc: I 2 =-. R B2 I 2 V B = 0 => R B2 V B = 0 => V B = 0 = R B2 = 0 => V B = 0 = 0 < V B0 = 0.7 V => le transistor est bloqué => = =I =0 => V S = V R = V b) Interrupteur fermé: De la même façon que précédent, on calcul V B pour =0 et le compare à V B0. =0 => I =I 2 => V B = V RB2 = R B2 V R B +R B2 => V B = 2.5V > V B0 = 0.7 V => le transistor est soit saturé soit amplificateur. Pour confirmer qu'il est saturé, on suppose qu'il est saturé et on calcul et ensuite on érifie l'inégalité: <. = V V sat R = 47 ma 2/6

3 = I I 2 ; I 2 = V B 0 = 70 μa ; I R = V V B 0 = 430 μa B2 R B => = 360 μa => = 47 ma < = 72 ma => le transistor est saturé Transistor en amplification. Le transistor est un composant unidirectionnel, pour amplifier des signaux sinusoïdaux il faut donc ajouter une composante continue appelée «polarisation» à chaque grandeur qui sollicite le transistor. Alors la tension à l entrée de transistor est = V 0 + e où e est le signal à amplifier et V 0 la composante continue. Il faut dans tous les cas pour un transistor NPN V 0 > 0. Donc la composante continue V 0 doit être plus grande que l amplitude de e. n régime linéaire le principe de superposition est applicable, on distinguera donc l étude de la polarisation (étude en statique) et de l amplification des signaux (étude en dynamique) Montage émetteur commun : Dans ce montage l'émetteur est relié directement à la masse ou au traers d une résistance, alors que la base du transistor est reliée à l'entrée et le collecteur à la sortie. V R ch On fera les calculs dans l'ordre suiant : a) n statique ( e =0): On utilise alors un schéma simplifié en sachant qu'en continu tous les condensateurs sont enleés (remplacés par des interrupteurs ouerts). a.) Droite d attaque et droite de charge statiques: On trace la droite de charge statique ( =f(v )) et la droite d attaque statique ( =f(v B )) sur les caractéristiques de transistor pour mieux oir le fonctionnement du transistor et oir dans quelle région il fonctionne (on positionne le point de repos Q dans la zone d amplification). Pour le courant continu ( e =0), les condensateurs sont ouerts. I P V R b R V V B R V Droite d attaque statique =f(v B ) : I p V B R I = 0 I = + I P = V I P R b = V R b // + + R B + R b + V R b // + + R 0 0 V B0 Q V 0 V Droite de charge statique =f(v ) : V R V R I = 0 I = + Droite d attaque statique V B Droite de charge statique 3/6

4 => = + R + R V + V + R + R Le point de polarisation Q (point de repos) correspond à l'intersection de la droite de charge aec la caractéristique du transistor. Un point de polarisation particulier est celui défini par le milieu de la droite de charge. a.2) alcul des coordonnées du point de repos Q: Pour calculer les coordonnées 0 et V 0 du point Q, on admet l'approximation: V B V B0. A l'entrée du transistor, on peut remplacer V, R b et par le générateur de Théenin: Th et R Th. Aec: Th = V R b +R et R Th = R b // b2 Th R Th V B R I ; aec: I = + et V B V B0 => 0 = Th V B 0 R Th + + R => 0 = 0 = Th V B 0 R Th + + R V R 0 V 0 R I 0 = 0 R Th R V V aec: I 0 = = + 0 => V 0 = V R + + R 0 Th V B R V b) n dynamique (V =0): Notons en outre qu'en régime alternatif la source d'alimentation continue V est équialente à sa résistance interne supposée nulle (donc le point V et la masse sont reliés par un court-circuit en alternatif) et que les condensateurs sont supposés équialents à des court-circuits. b.) Droite de charge dynamique : La droite de charge dynamique s écrit : i f c Amplificateur en charge : i c R // R ch ce R b R i b e i b be R ch e be R b // R R ch i Droite de charge dynamique à ide (R ch ) 0 Q Droite de charge dynamique en charge V 0 i i =0 + ; =V 0 + i : courant total; 0 : courant en statique; : courant en dynamique. : tension totale; V 0 : tension en statique; : tension en dynamique. 4/6

5 b.2) Schéma équialent alternatif petits signaux du transistor: paramètres hybrides Le transistor est considéré comme un quadripôle ; il a deux bornes d'entrée (base et émetteur) et deux bornes de sortie (collecteur et émetteur). L'émetteur est alors commune à l'entrée et à la sortie. Autour du point de repos Q, les relations entre les faibles ariations sont décrites par : be hi b h2ce ic h2i b h22ce es relations décrient les lois électriques du schéma ci dessous qu'on appelle schéma équialent alternatif petits signaux ou schéma équialent en dynamique du transistor. i b be h h 2 h 2 i b /h 22 h est l'impédance d'entrée du transistor. h = kt q ; 0 est le courant de la base en statique. h 2 est le gain en courant du transistor. h 2 =. h 2 est un terme de réaction interne. Sa aleur est très faible, il sera le plus souent négligé. /h 22 est l'impédance de sortie du transistor. Dans les calculs qui suient, on prend: h 2 =0 et h 22 =0. b.3) Paramètres de l amplificateur : Si on applique les règles (on court-circuite les sources de tension continues, on oure les sources de courant continues et on remplace le transistor par son schéma équialent), on obtient le schéma équialent en alternatif cidessous. Pour simplifier l étude, on néglige les impédances des condensateurs (on court-circuite les condensateurs). i. b.3.) Gain en tension : Le gain en tension A est le rapport entre les tensions de sortie et d'entrée : AV Le gain en tension peut être défini de deux manières : Le gain à ide, c'est à dire sans charge connectée en sortie du montage (R ch ) et le gain en charge, aec la charge connectée. Gain en tension en charge: e hib s h 2 On appliquant la loi des mailles : s ch R // R // R ic A Rch. e h ic h2ib Gain en tension à ide (R ch ): s e 5/6

6 Le gain à ide est donnée par : A h 2R h b.3.2) Impédance d entrée : nsuite, il faut regarder en quoi le montage peut s'interfacer aec la source d'entrée sans la perturber ; il doit rester le plus neutre possible is à is de cette source, surtout s'il s'agit d'un capteur de mesure. La grandeur représentatie e est l'impédance d'entrée Z e : Ze i R b // //h i e Ze Rb//R b2//h b.3.3) Impédance de sortie : Même chose is à is de la charge branchée en sortie du montage, qui a utiliser le signal amplifié : il a falloir regarder dans quelle mesure l'étage à transistor n'est pas perturbé par cette charge. La grandeur représentatie est s l'impédance de sortie Z s : Zs e 0 i s R is i ic h2ib e hib ; c e 0 i b 0 s Z R s 6/6