transistor bipolaire
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Université de CAEN IUT 1ère Année 3ème leçon: Le transistor bipolaire • I. Le transistor bipolaire – Structure et symbole – Modélisation » Une vanne de courant » Un générateur de courant parfait » Un générateur comandé via une diode – Utilisations » Interrupteur » Amplificateur : rôle de la polarisation • II. Etude de l'amplification – Schéma équivalent en petits signaux • III. Applications du transistor bipolaire Mesures Physiques Cours d'électronique 1 Université de CAEN IUT 1ère Année 1. Le transistor bipolaire • Structure et symbole. Un sandwich (Collecteur/Base/Emetteur) semiconducteur NPN U CB Métal >0 IC > 0 N IB > 0 U CE Collecteur P Base Emetteur N >0 Les signes des variables sont ceux qui permettent d'obtenir l'effet transistor IE > 0 U BE Structure NPN Mesures Physiques >0 Symbole : La flèche indique le sens passant de la diode B-E Cours d'électronique 2 Université de CAEN IUT 1ère Année L'autre modèle de transistor bipolaire Métal U CB <0 IC < 0 PNP IB < 0 Collecteur P N Base Emetteur P U CE <0 Les signes des variables sont ceux qui permettent d'obtenir l'effet transistor IE < 0 U BE Structure PNP Mesures Physiques <0 Symbole : La flèche indique le sens passant de la diode B-E Cours d'électronique 3 Université de CAEN IUT 1ère Année Première approximation : la vanne de courant • Le transistor bipolaire est une vanne de courant, qui contrôle le courant de collecteur iC. IC Le contrôle s'effectue à l'aide du courant de base iB : iC = Saturé Linéaire iB ~ 10 à 250 Bloqué Le transistor est également un noeud à 3 brins : iE = iC + iB IE Mesures Physiques Cours d'électronique 4 Université de CAEN IUT 1ère Année Essai de représentation d'une vanne commandée par un courant • Vanne tiroir commandée par un clapet iC = iC uCE iB iE = iC + iB uBE Mesures Physiques iB Cours d'électronique 5 Université de CAEN IUT 1ère Année Un générateur de courant parfait iC Commandé par un courant iB • Modèle électrique le plus simple du transistor iC iC iB iB croissant uCE iB iB iE uCE 1V Mesures Physiques Cours d'électronique 6 Université de CAEN IUT 1ère Année Il y a une diode entre la base et l'émetteur • L'effet transistor (la commande de iC par iB) n'apparaît que si la diode B-E est passante et la diode B-C bloquée. ( µA) iC iB uBE/UT iB = IBS (e -1) uT = 25.8 mV à 300 K uCE iB iB uBE Mesures Physiques u BE 100 iE 600 En fonctionnement normal du transistor, la jonction B-E a toutes les propriétés d'une diode passante (mV) Si uBE < UD0, alors iB = 0, la diode se bloque et iC = 0 : le transistor est BLOQUE (circuit ouvert entre C et E) Cours d'électronique 7 Université de CAEN IUT 1ère Année Pour bloquer la diode B-C uCE > 0.8 V • Si uCE < 0.8 V, la diode B-C devient passante et l'effet transistor disparaît. iC < iB iC iB iB Saturé Dans ce cas, le transistor est saturé et se comporte comme un circuit fermé entre C et E croissant u CE 1V Mesures Physiques Cours d'électronique Bloqué 8 Université de CAEN IUT 1ère Année iC augmente avec uCE : C'est l'effet Early • Cet effet est dû à l'augmentation de la tension inverse de la diode BC. iC Effet Early iC Saturé iB uCE iB iB croissant iB iE iC = Mesures Physiques iB + uCE uCE 1V Cours d'électronique Bloqué 9 Université de CAEN IUT 1ère Année Réseau des caractéristiques du bipolaire • Chaque quadrant correspond à une propriété intéressante du composant iC Effet Early Source de courant quasi parfaite Saturé (mA) iB croissant Amplificateur de courant uCE iB (µA) 1V Bloqué (V) Diode uB E Mesures Physiques (mV) Cours d'électronique 10 Université de CAEN IUT 1ère Année Deux principales utilisations des transistors • Comme un interrupteur commandé : En Logique : Oui Non Oui Non Non Non Oui Oui Non Non Oui Non En électronique de puissance : Arrêt Arrêt Marche Arrêt Non Non Oui Non • Comme amplificateur : Source Pi Amplificateur Pu Charge Pa Alimentation Mesures Physiques Cours d'électronique Pa > Pu + Pi 11 Université de CAEN IUT 1ère Année Approche graphique de l'amplification • L'amplification est linéaire si la sortie a la même forme que l'entrée. iC (mA) ic ic ib t point de repos iC = IC + ic iB (µA) Mesures i b Physiques t IC : point de repos ic : petit signal iC : somme des 2 Ici, l'amplification est visible dans la différence d'unités entre iC (mA) et iB (µA). Un montage qui pour amplifier linéairement a besoin d'un point de repos IC # 0 est dit en classe A. Il consomme de l'énergie au repos et son rendement est Pu/Pa < 25 % 12 Cours d'électronique Université de CAEN IUT 1ère Année Emetteur Commun • Fort gain en courant Ai > 1 : i2 = iC = • Fort gain en tension possible : u2 = uCE = uBE + uCB = u1 + uCB avec uCB tension de diode bloquée. Entrée iB = i1 i2 iC i1 uCE u2 Sortie iB u1 uBE iE Mesures Physiques Cours d'électronique 13 Université de CAEN IUT 1ère Année Collecteur Commun • Fort gain en courant Ai > 1 : i2 = iC = (1 + • Pas de gain en tension possible : u2 = - uCE = - uBE - uCB = u1 - uBE, soit u2 < u1 Entrée )iB = (1 + )i1 i2 -iE i1 -uCE u2 Sortie iB u1 -uCB Mesures Physiques iC Cours d'électronique 14 Université de CAEN IUT 1ère Année Base Commune • Pas de gain en courant Ai ~ 1 : i2 = iC = • Gain en tension possible : u2 = uCB = - uCE - uBE = u1 - uCE, soit u2 < u1 u1 -uBE Mesures Physiques iE = - i1 = +1 i1 i2 -iE iC Entrée Cours d'électronique iB <1 uCB u2 Sortie 15 Université de CAEN IUT 1ère Année Polarisation à deux sources • Méthode luxueuse RC UBB RB UCC IB UCE UBE Mesures Physiques Cours d'électronique 16 Université de CAEN IUT 1ère Année Polarisation Instable U CC • Rien n'est prévu pour stabiliser IC Causes des dérives de IC : Changement de Echauffement RC RB IB Conséquences : Saturation au repos Diminution de la dynamique de sortie (la saturation arrive plus vite que prévu) Mesures Physiques Cours d'électronique U BE 17 Université de CAEN IUT 1ère Année Polarisation par pont de base • La plus classique : stabiliser UBM le potentiel de la base IP >> IB => UBM ~ UCC UCC R2 ~ cte R1 + R2 RC R1 UBE = UBM - REIE IB IC = IB IP Stabilisation : R2 UBE RE UBM IC => IE => UBE => IB => IC Mesures Physiques Cours d'électronique 18 Université de CAEN IUT 1ère Année Polarisation par contre-réaction • Utilise moins de composants, mais complique un peu l'analyse du circuit. U CC 1 UCC = RC(1+ )IC + UCE RC UCE = RBIB + UBE IC = IB RC IB Stabilisation : IC => UCE => IB => IC Mesures Physiques U BE Cours d'électronique 19
