Le ransisor bipolaire onsiuion- Symbole 2 1. aracérisiques Foncionnemen 2 1.1. aracérisiques d enrée I =f(v E ) 2 1.2. aracérisiques de Transfer I =f(i ) 3 aracérisiques de sorie I =f(v E ) 4 1.4. Résumé réseau de caracérisiques 5 2. Uilisaion e mode de foncionnemen 6 2.1. Foncionnemen saique : 6 2.2. Foncionnemen Dynamique: 7 2.3. Modélisaion du ransisor bipolaire : 10 2.3.1. En régime de commuaion : 10 2.3.2. En régime linéaire : 11 2.4. aracérisiques consruceur - crières de choix 13 2.4.1. Limies d emploi 13 2.4.2. aracérisiques élecriques : 14 2.4.2.1. aracérisiques saiques 14 2.4.2.2. aracérisiques dynamiques 14 2.4.3. ahier des charges d un ransisor 15 Page 1 sur 15
onsiuion- Symbole Un ransisor bipolaire es consiués de 2 joncions PN e exise sous 2 polariés : NPN PNP OLLETEUR OLLETEUR N P ASE N P ASE P N EMETTEUR EMETTEUR OLLETEUR OLLETEUR ASE ASE EMETTEUR EMETTEUR La géomérie du sysème (base mince) aboui à l effe ransisor qui se radui par un for couran colleceur commandé par un faible couran de base (voir les car caracérisiques de foncionnemen). 1. aracérisiques Foncionnemen 1.1. aracérisiques d enrée I =f(v E ) es la caracérisique qui relie les deux grandeur d enrée : - ouran de base I - Tension base émeeur e V E En observan la srucure, on s aperçoi qu il s agi d une joncion PN. On rerouvera donc une caracérisique de ransfer idenique à celle d une diode. Le schéma de principe du racé de la caracérisique I =f(v E ) es le suivan. On fai varier la ension VE puis on relève le couran de base correspondan. ee caracérisique es I généralemen donnée pour I différenes valeur de la ension VE, V E ce qui jusifie la deuxième source de ension dans le monage. V E Page 2 sur 15
I (µa) On rerouve, comme prévue, l allure de la caracérisique couran - ension d une diode. N exise un couran dans la base que pour V E >0. V E (V) 1.2. aracérisiques de Transfer I =f(i ) I I (ma) I V E V E Schéma de principe de relevé de la aracérisiques de Transfer I =f(i ) I (µa ee caréérisique représene la foncion principale du ransisor : l amplificaion en couran. En effe, on remarque que la caracérisique de ransfer es une droie, ce qui radui une relaion linéaire enre le couran de base e de colleceur. On noe le coefficien de proporionnalié β, ce qui donne : I = β I Page 3 sur 15
V Eo 1.3. aracérisiques de sorie I =f(v E ) I Schéma de principe de relevé de la aracérisiques de Transfer I =f(v E ) I V E Dans le schéma ci conre, on doi ou d abord fixé un couran de base pour qu il y ai exisence d un couran de colleceur. es le rôle de la source de ension V Eo. Dans un deuxième emps, on fai varier V E avec une source de ension réglable, puis pour chaque valeur de V E on relève le couran I correspondan. On reranscri les mesure sur un graphe ce qui donne : Sur cee caracérisique, on peu remarquer que le couran colleceur croi rès rapidemen pour se sabiliser auour de la valeur βi n. I (ma) I 1 > I o I o V E (V) Page 4 sur 15
1.4. Résumé réseau de caracérisiques On rerouve dans beaucoup de d ouvrage une représenaion synhéique de ces différenes courbes, communémen appelé «réseau de caracérisique du ransisor bipolaire». I (ma) I 3 > I 2 À V E = I 2 > I 1 I 1 > I 0 I =0 I 0 >0 I (µa) V E (V) À V E = V E (V) Page 5 sur 15
2. Uilisaion e mode de foncionnemen 2.1. Foncionnemen saique : On parle de foncionnemen saique quand oues les grandeurs (courans e ensions) son des grandeurs coninues, c es-à-dire qui ne varien pas dans le emps. On les noera en MAJUSULE. Le poin de foncionnemen es imposé par le circui d aaque. ircui d aaque aracérisique d enrée I (µa) V P R I o V Eo V R P Poin de foncionnemen I o On peu le déerminer graphiquemen en raçan la droie d aaque, d équaion: 1 V I = VE + R R Généralemen, V P es connue e il fau choisir R pour fixer I 0. P V Eo V E(V) I 0 éan fixé, on peu en déduire la valeur de I 0 par : I 0 = β I 0, Ou graphiquemen par l exploiaion de la caracérisique de ransfer du ransisor. Or cela es vrai si on auorise le passage d un couran colleceur, c es à dire si il exise un circui de charge. aracérisique de ransfer I (ma) I 0 I 0 R R I o V I 0 I (µa) Page 6 sur 15
La valeur de V E0 es fixée par V e R, e peu êre déerminée graphiquemen en raçan la droie de charge d équaion: 1 V I = VE + R R V R aracérisique de sorie I (ma) La droie de charge passe forcémen par I 0. I 0 I o En praique, V es généralemen connue, on choisi alors R pour fixer I 0 e V E0. V E0 V V E (V) En résumé : On reiendra que : V P e R fixe le couran I 0. V e R fixe la ension V E0. es ce qu on appelle POLARISER le ransisor. 2.2. Foncionnemen Dynamique: On parle de foncionnemen dynamique quand oues les grandeurs (courans e ensions) son des grandeurs variables dans le emps. On les noera en MINUSULE. Généralemen l éude se fai en régime sinusoïdal, auour du poin de polarisaion, c es-à-dire pour : ve() =V P +v(), avec : v()=v.sin(2πf) ve() v() V P R v E Lorsque v() varie de V à +V, ve() varie de V P -V à V P +V. La droie d aaque se déplace alors dans le plan (I,V E ) e le poin de foncionnemen se déplace enre les poins A e au ryhme (à la fréquence) de v(). Le signal variable v() condui à une variaion de V E e I enre les poin A e (voir figure page suivane). ircui d aaque Page 7 sur 15
I (µa) I (µa) I o A V Eo V E (V) V E (V) L exploiaion de la caracérisique de ransfer perme de la même façon de déerminer les variaions du couran I auour de I 0. I (µa) I (ma) I M I 0 I m I 0 I (µa) Page 8 sur 15
D après le schéma, lorsque I varie, la ension aux bornes de la résisance de polarisaion R varie égalemen e par conséquen la ension V E aussi. Graphiquemen, la variaion de i auour de I 0 se radui par le balayage de oues les caracérisiques de sorie (ranslaion) correspondan aux différenes valeurs de i parcourues. On rerouve alors les mêmes variaions de I enre I M e I m qu avec la caracérisique de ransfer. On rerouve égalemen la variaion de la ension V E enre: V Em = V -R I M V EM = V -R I m L ensemble des raisonnemens précédens peu êre résumé dans le réseaux de caracérisiques du ransisor, en paran d une variaion de V E e en passan d une caracérisique à l aure. ve() v() V P V R I M I 0 I m I (ma) R V E0 V Em V EM I R V I o V E (V) V I (ma) I (ma) I 3> I 2 I 2> I 1 À V E= consane I 1> I 0 I 0>0 I =0 I (µa) V E(V) À V E= consane V E(V) Dans ce cas le foncionnemen es linéaire. Page 9 sur 15
Mais que se passe il si on augmene l ampliude de la variaion de V E? I (ma) I (ma) I 3> I 2 I 2> I 1 I 1> I 0 I =0 I 0>0 I (µa) V E(V) V E(V) Si on race les signaux héoriques, en prolongean les courbes du ransisor, on s aperçoi que le poin de foncionnemen du monage sor des caracérisiques en deux poins qui corresponden : Au blocage du ransisor : I =0 e V E =V. A la sauraion du ransisor : I = V /R e V E = V Esa =0. 2.3. Modélisaion du ransisor bipolaire : 2.3.1. En régime de commuaion : Au blocage, on a: I = 0 e I = 0 quelque soi V E. Le ransisor es donc équivalen à un inerrupeur ouver enre colleceur e émeeur. E A la Sauraion, on a: I = I SAT <βi e V E = V ESAT #0. Le ransisor es donc équivalen à un circui fermé enre colleceur e émeeur. E Page 10 sur 15
2.3.2. En régime linéaire : On cherche à modéliser le plus simplemen possible le foncionnemen du ransisor pour de faibles variaions de i, V E, i e V E. Si on reprend le foncionnemen de l enrée du ransisor : I (µa) I (µa) I o A V Eo V E (V) V E (V) On remarque que le rappor enre les variaions de i e V E correspond à la pene de la caracérisique auour du poin de polarisaion. On peu alors écrire : δi i = ve δ V E Mo e qui correspond à l inverse d une résisance. En praique, on noe pluô : 1 ve = i ve = h11 i δi δv E Mo Où h 11 représene la résisance d enrée dynamique du ransisor. On a alors le schéma équivalen suivan : i v E h 11 E Page 11 sur 15
Un raisonnemen ideniques sur les aures caracérisiques nous amème au schéma équivalen comple : i i =h 21 *i v E h 11 1/h 22 v E Où : δv h11 = δi h 21 1 h 22 δi = δi E δv = δi E Mo Mo pene de la caracérisique d' enrée auour du poin de polarisaion pene de la caracérisique de ransfer auour du poin de polarisaion Mo E pene de la caracérisique de sorie auour du poin de polarisaion Page 12 sur 15
2.4. aracérisiques consruceurs - crières de choix Nom I M V EoM V EoM P o T J 2.4.1. Limies d emploi Descripion ouran colleceur maximum admissible. Tension colleceur-émeeur maximale admissible à l éa bloqué. Tension émeeur base maximale admissible à l éa bloqué. Puissance maximale consommée par le ransisor. Po = V EM *I M Tempéraure maximum de la joncion en foncionnemen. Foremen lié à la puissance consommée par le ransisor. I (ma) I (µa) V E (V) V E (V) Page 13 sur 15
2.4.2. aracérisiques élecriques : Nom V Esa V Esa I E0 I 0 h FE 2.4.2.1. aracérisiques saiques Descripion Tension colleceur-émeeur minimale exisan quand le ransisor es sauré. Tension base-émeeur minimale exisan quand le ransisor es sauré. ouran résiduel maximum parcouran la joncion base émeeur à l éa bloqué. ouran résiduel maximum parcouran la joncion colleceur base à l éa bloqué. e couran varie énormémen avec la empéraure. Gain en couran (β) du ransisor en régime linéaire. 2.4.2.2. aracérisiques dynamiques o apacié parasie enre la base e le colleceur (de l ordre de 10pF). A prendre en compe en HF. f T Transiion Fréquence de ransiion. Le gain en couran frequency chue en foncion de la fréquence. On noe f T la fréquence pour laquelle b=1. d Delay ime emps de reard enre l applicaion d un couran I b e le débu de variaion de I. r Rise ime emps de monée du couran I. on Swich on ime emps de sauraion du ransisor. off Swich off ime Swich off ime: emps de blocage du ransisor. Page 14 sur 15
I I 2.4.3. ahier des charges d un ransisor ommuaion Limies d emploi I M V EoM V EoM T J Performances Défaus e dérives P o on off V Esa I 0 o Linéaire I M V EM V E0M T J P o h 21 f T h 21 =f(ic) V E =f(t ) o en HF Page 15 sur 15