Le transistor bipolaire

Le transistor bipolaire

Présentation générale Transistor bipolaire : élément actif à 3 accès (Base (B), ollecteur (), metteur ()) constitué de 3 couches semiconductrices NPN et PNP. Transistor NPN B I B > 0 I > 0 N P V > 0 I B > 0 B I > 0 V > 0 V B > 0 N V B > 0 I > 0 Transistor PNP B I B < 0 I < 0 P N V < 0 I B < 0 B I < 0 V < 0 V B < 0 P V B < 0 Les tensions de polarisation (VB et V) et les courants (IB et I) sont des grandeurs continues données avec leurs signes respectifs (>0 ou <0) pour un fonctionnement normal I < 0

Fonctionnement du transistor ffet amplificateur de courant as du transistor NPN B N + - P + - - + N L émetteur () est fortement dopé. Son rôle est d injecter des électrons dans la base. La base (B) est faiblement dopée et très mince. lle transmet au collecteur la plupart des électrons venant de l émetteur. Le collecteur () recueille les électrons qui lui viennent de la base d où son nom.

Fonctionnement du transistor ffet amplificateur de courant as du transistor NPN B N + - P + - - + N Jonction émetteur Jonction collecteur Jonction émetteur polarisée en directe pour créer un champ externe opposé au champ interne. Si, les électrons majoritaires au niveau de l émetteur peuvent passer dans la base. La base est faiblement dopée et très mince donc très peu d électrons se recombinent avec des trous. Le courant de base est très faible. Jonction collecteur polarisée en inverse - Le champ externe est dans le même sens que le champ interne. Les électrons qui n ont pas été recombinés avec les trous au niveau de la base peuvent passer dans le collecteur

Polarisation du transistor NPN Polarisation base commune V B > 0 B V B > 0 N P N Polarisation émetteur commun V B > 0 B N P N Avec V > V B car V B = V V B > 0 V > 0

Relations fondamentales Les courants ffet amplificateur de courant 1

Réseau des caractéristiques statiques du transistor Le transistor comporte trois accès il est caractérisé par 6 grandeurs électriques : 3 courants I B, I et I 3 tensions V B, V, VB Mais et 4 relations indépendantes sont nécessaires pour le caractériser V = cste I I B = cste I B V V = cste V B

Polarisation du transistor Droites de charge statiques Objectif de la polarisation : Fixer les valeurs des tensions V B, V et des courants I B, I pour imposer la localisation des points de fonctionnement dans le réseau > 0 R R B I B I xemple : polarisation directe de la base et du collecteur par deux résistances R B et R V V B I Droite de charge statique de sortie : tracé dans le réseau de caractéristique statique I = f(v ) Droite de charge statique d entrée : tracé dans le réseau de caractéristique statique I B = f(v B )

Polarisation du transistor Point de fonctionnement Le point de fonctionnement Q dans le réseau d entrée I B = g(v B ) est situé à l intersection de la droite de charge et de la caractéristique Le point de fonctionnement P dans le réseau de sortie I = f(v ) est situé à l intersection de la droite de charge et d une caractéristique I B = cste /R I I 0 P I B0 I B /R B I B0 Droite de charge statique de sortie V 0 V Q V B0 Droite de charge statique d entrée V B

Transistor bloqué transistor saturé /R I Point de saturation V = V sat I /R I 0 P I B0 Point de blocage I B 0 I 0 V sat V 0 V La partie de la droite de charge statique située entre les points de blocage et de saturation définit la zone active!"#$ % % &#'(#! Au point de saturation, le transistor idéal est équivalent à un interrupteur fermé Au point de blocage, le transistor idéal est équivalent à un interrupteur ouvert

Autres exemples de circuits de polarisation > 0 > 0 R R 1 R B R R 2 R Diviseur de courant ontre-réaction au collecteur R V R B R V Polarisation d émetteur

Amplificateur élémentaire à transistor bipolaire Montage émetteur commun Lorsque le transistor est polarisé dans la région active, une tension alternative peut lui être appliquée de la jonction émetteur pour produire des fluctuations du courant de collecteur Les accès d entrée et de sortie sont 1 et 2 Les capacités 1 et 2 sont des capacités de découplage > 0 R 1 R B 2 1 2 R g B R L

Analyse du circuit : application du théorème de superposition tude en statique (en régime continu) La source sinusoïdale est court-circuitée Les capacités de découplage présentent une impédance infinie Schéma électrique en continu > 0 R R B I B I V Les circuits de polarisations fixent les valeurs des tensions V B, V et des courants I B, I (voir étude précédente) V B I

Analyse du circuit : application du théorème de superposition tude dynamique (en régime sinusoïdal) La source continue est court-circuitée Les capacités de découplage présentent une impédance nulle à la fréquence de fonctionnement Schéma électrique en régime sinusoïdal i i 2 i 1 R g R B B v R R L ) * +,+- +,. + - /

Analyse du circuit : tension composite de sortie La tension de sortie est donc un signal composite, somme de la composante continue 0 et de la composante alternative ) 1 ) 0 La droite de charge dynamique est la droite passant par le point de fonctionnement P dans le réseau (I, V ) et de pente * +,. + - +, + - 2 +, 33 + - I : droite de charge dynamique /R I 0 P I B0 : droite de charge statique V 0 V

Zone de fonctionnement de l amplificateur I : droite de charge dynamique I : droite de charge dynamique I 0 P I B0 I 0 P I B0 V 0 V V 0 V v v t t Fonctionnement non linéaire Signal écrêté Fonctionnement linéaire

Schéma électrique sinusoïdal basses fréquences du transistor en fonctionnement linéaire Le transistor peut être considéré comme un quadripôle i i B i i B v v B v v B Pour des raisons liées à la mesure, le quadripôle est décrit en utilisant les paramètres hybrides 4 5 6 77 6 78 5 6 87 6 88 5 avec 9 9 5 9 5 9 es grandeurs représentent de petites variations autour du point de fonctionnement

Détermination graphique des paramètres h ij autour du point de fonctionnement /R I I 0 P I B0 I B /R B I B0 V 0 V Q V B0 V B : 22 ;< => = ;? = @;< ;< => @ résistance différentielle de la diode d entrée = pente -> A0 ;? = < ->B de la caractéristique I B = f(v B ) : 2 ;< => = ;< -> @;? ;< => @ gain en tension 0 = A0 ;< ->? =B : 2 ;? - = ;? = @;< ;? - @ gain en courant = pente de la caractéristique I -> A0 ;? = g(i B ) = < ->B : ;? - ;< -> @;? = A0 = ;? - ;< -> @? =B admittance = pente de la caractéristique I = h(v )

Schéma électrique équivalent alternatif BF Schéma équivalent général i B h 11 i v B h 12 v h 21 i B 1 / h 22 v Schéma équivalent simplifié : 2 0 et ρ 2 F GG i B i v B h h 21 i B 11 v!

aractéristiques électriques de l amplificateur en fonctionnement alternatif i i 2 i 1 i B B R g R v v 2 v R v B 1 B R L Gain en tension G V L J *K 6 77 L Gain en courant G I Schéma électrique de l amplificateur J *K 6 77 L Résistance d entrée R e i 1 i B B i i 2 6 77 6 77 R g v 1 R B v B h 11 β i B v R v 2 R L Résistance de sortie R s &

Gains en puissance d un quadripôle Définitions Z g i 1 (t) i 2 (t) e g (t) v 1 (t) Quadripôle v 2 (t) Z L Gain en puissance J M * 7 8 N 8 8 7 8 N 7 7 P'&&#" Q!'( à # "6#($ P'&&#" (# S#& T'#S(Mô Gain transducique J V * 7 8 N 8 8 $ 8 W$ P'&&#" Q!'( à # "6#($ P'&&#" S&M! S # &!'(" référence

Transistor bipolaire en hautes fréquences (HF) Schéma de GIAOLLTO Quand f β et apparition d un déphasage entre les courants d entrée et de sortie introduction de capacités parasites dans le schéma équivalent car ces dernières ne peuvent plus être assimilées à des circuits ouverts B i B R BB B B R B i v B R B v B g m v B R v B B est une base fictive interne au transistor Remarque : Les constructeurs ne donnent jamais les valeurs de ces éléments

Fin