Introduction : Les modes de fonctionnement du transistor bipolaire. Dans tous les cas, le transistor bipolaire est commandé par le courant I B.

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1 Introduction : Les modes de fonctionnement du transistor bipolaire. Dans tous les cas, le transistor bipolaire est commandé par le courant. - Le régime linéaire. Le courant collecteur est proportionnel au courant de base : =. e mode de fonctionnement est utilisé pour réaliser des sources de tension ou de courant, ainsi que des étages amplificateurs divers. - Le régime de commutation. Le transistor se trouve dans l état bloqué (jonctions B et B bloquées, c est à dire = 0) ou dans l état saturé (jonctions B et B passantes, soit > MINI ). e mode de fonctionnement permet de réaliser un interrupteur à courant unidirectionnel à l aide d un transistor. e chapitre ne concerne que le fonctionnement du transistor bipolaire en régime linéaire et avec des courants continus : Nous analysons ici quelques exemples de réalisation de sources de tension et de courant ; nous continuons par l analyse de la polarisation du transistor dans les étages amplificateurs les plus courants. 1. éalisation de sources de tension constante. 1.1 appel : égulation par diode Zéner. Une diode zéner peut conduire en direct, ou en inverse (mode «zéner») On exploite la conduction en inverse pour laquelle la tension aux bornes de la diode dépend assez peu de l intensité du courant qui la traverse. onduction directe onduction inverse I D >0 I Z >0 0,7V U Z Dans l étage de la figure de droite, la diode zéner conduit en inverse : - Si la tension d entrée U e est supérieure à U Z - Si la valeur de la charge U est suffisamment grande Dz Us u Tant que ces conditions sont réunies, la tension U S aux bornes de la charge est égale à U Z et dépend donc assez peu de la valeur de U e (régulation «amont») et de celle de la charge U (régulation «aval») 1. Alimentation stabilisée à transistor parallèle. Le principe de base est représenté ci-contre : Le fonctionnement satisfaisant de ce système nécessite que la diode régule en zéner et que le transistor fonctionne en régime linéaire. Dans ces conditions, la tension de sortie s écrit : U S = U Z +, avec 0,7V Dz Ic Tr u Us

2 1.3 Alimentation stabilisée à transistor série. Dans cette structure, le fonctionnement correct correspond à un transistor en régime linéaire et une diode zéner conductrice en inverse. Dans ces conditions, U S = U Z U Z 0,7V I Ic Tr u Us Dz. Sources de courant. On utilise ici aussi une diode zéner qui travaille en conduction inverse pour fixer le courant collecteur d un transistor : Si U e > U Z alors V BM = U Z = + I D où I UZ VB = I Dz B Ic Tr Us u L intensité est ainsi indépendante de la charge U (et de la valeur de U e ) est fixée par la valeur de et par le choix de la diode zéner. M emarque : Miroirs de courant. es montages ont pour objectif la production d un générateur de courant I commandé par un autre courant (I 1 ). 1 er montage et Tr sont identiques (diffusés sur le même substrat) I 1 I 1 = 1 avec >> 1, I et I d où: I I1 1 1 Tr > 0,6V Montage bien adapté aux I ème montage I 1 = I 1 I 1 I = I + I I 1 = + I avec 1 ; I 1 I 1 Tr > 0,6V d où I I1 1 1 Le fonctionnement ne dépend pas des des transistors ; on peut utiliser des transistors discrets et l utilisateur choisit 1 et.

3 3. tage Darlington Le montage Darlington est utilisé pour obtenir un transistor équivalent à très grand gain. Il peut être réalisé avec transistors de même type ou avec transistors complémentaires. Dans les étages ci-dessous, le transistor («driver») est caractérisé par 1 et le transistor T par 1 1 B =I 1 1 Tr 1 =1 Tr 1 =1 3 Tr xemple du montage 1 : Soit = 1 le courant de base du transistor équivalent ; Le courant de collecteur de ce transistor est = 1 + = = ( 1 + 1)1 Soit finalement : = ( ) = Q. ; Le «gain» Q du transistor équivalent est bien plus grand que 1 ou. 3. Polarisation des étages amplificateurs. Schéma électrique de principe Les générateurs de Thévenin {V BB, B } et {, } sont choisis pour fixer un point de fonctionnement au transistor : On parle de point de repos du transistor. B Les valeurs des courants et des tensions relatives au transistor polarisé sont nommées coordonnées de repos du transistor. V BB I On distingue différentes classes de polarisation du transistor, selon la position de son point de repos. aractéristique de transfert en charge Droite de charge statique 0 Droite d attaque statique

4 3.1 Polarisations en classe A. Le transistor fonctionne en régime linéaire, soit =. Idéalement, en classe A, le point de repos du transistor est localisé au milieu de la droite de charge. Dans un même lot de transistors, le est sujet à une très forte dispersion ; de plus, varie notablement avec la température du transistor : Il y a donc lieu de choisir un dispositif de polarisation qui fixera un point de repos indépendant de, ceci afin d assurer l interchangeabilité du composant sans nuire aux propriétés de l étage amplificateur projeté. - Polarisation par la base. IB = Vcc VB B B = Vcc V B B = - - Polarisation par l émetteur. = I + + B I et = I cc B I V V + B B I ( + ) peut être rendu indépendant de par le choix B >>. - Polarisation avec rétroaction au collecteur. + B + I V cc V + B B B - Ici, devient indépendant de pour >> B

5 - Polarisation par pont. 1 et sont choisies de telle sorte que soit faible devant I 1 ; n remplaçant le diviseur { 1 ; } par son modèle de Thévenin, il vient : 1 V 1 cc IB = I + VB avec I = 1 V V 1 + I B I 1 1 I et = ( + ) ne dépend pas de si >> Polarisation en classe B. n classe B, le transistor est polarisé à courants de base et de collecteur nuls : Il est bloqué. Transistor NPN Transistor PNP tage «push-pull» U U U T T Avantage de ce type de polarisation : Le transistor ne consomme aucune puissance au repos ; ceci est particulièrement important dans le cas des amplificateurs de puissance. Afin d améliorer certains défauts de la polarisation en classe B, il existe une polarisation en classe AB On donne à droite l exemple d un étage push-pull en classe AB : Les résistances sont choisies de telle sorte que les transistors soient à la limite de conduction, mais sont encore bloqués, soit 0,6V, avec = = 0. D 1 U D T

6 3.3 Polarisation en classe. n classe, le transistor est polarisé dans l état bloqué, avec 0V e type de polarisation est utilisé dans certains amplificateurs de puissance fonctionnant à fréquence fixe. (Étages terminaux d émetteurs) 0 < Autres classes de polarisation. Il en existe de nombreuses ; parmi elles, nous citons la classe D qui consiste à utiliser le transistor dans les états bloqué et saturé, avec un rapport cyclique de fonctionnement variable ; cette classe se rencontre dans les amplificateurs à découpage. variantes des classes A et B consistent en les classes G et H, mises au point dans les années 1970 par certains fabricants d amplificateurs audio haute fidélité. Voir ci-contre le principe d une polarisation en classe G : Les éléments du circuits sont dimensionnés de telle sorte que les transistors et T fonctionnent en classe A et que T 1 et T fonctionnent en classe B. T 1 V U T T V