89544349-TD-01-Transistors-Bipolaires

TD Série 1 : Le transistor bipolaire
I. Pré-requis
Caractéristiques des courants de base et collecteur.
Paramètres statiques.
Montage émetteur commun, collecteur commun.
Représentation petits signaux.
Transistor en régime de commutation
II. Polarisation d’un transistor :
L’étude porte sur les montages figures 1, 2. Le transistor utilisé est un PN2222A (document
en annexe). Vcc=20v
Pour chacun des montages, le point de polarisation doit être le suivant :
Vce=10v Ic=1mA avec β=hFE=50 et Vbe=0,6v
Pour le montage de la figure 2, on prendra Ip≈10.Ib et Vre≈3v
Vbe
Rb
Rc
Vcc
B
C
E
0v
Vce
Ic
figure 1
Vbe
R1
Rc
Vcc
B
C
E
0v
Vce
Ic
R2
Ip
Re
Vre
figure 2
1. Pour chacun des montages déterminer les valeurs des résistances pour obtenir ce point
de fonctionnement.
2. Déterminer la plage de variation du β=hFE compte tenu des informations sur le
document constructeur. En déduire la variation du point de fonctionnement.
III. Etude dynamique des montages à transistor :
Pour cette partie , on utilisera le modèle dynamique simple :
Ib
Vbe Vce
Ic
h
11
h
21
Ib

TD électronique fondamentale 2
Exercice 1.
Soit un transistor NPN en montage émetteur commun de résistance d’émetteur RE, de collecteur RC,
de pont diviseur de base R1, R2. Soit CE la capacité d’émetteur, CL de liaison :
1. Donnez le schéma équivalent en dynamique du montage
2. Calculez le gain
E
S
v
v
G=
3. Donnez le schéma équivalent en dynamique du montage précédent si la résistance RE n’est
plus découplée (CE absent du montage)
4. Quel est alors le nouveau gain ?
5. Intérêt de CE ?
Exercice 2.
Soit le montage émetteur commun suivant :
Ip
Vbe
R1
Re
Vcc
B
E
C
0v
Vce
Ic
R2
Rc
eg
vs
Rch
C
1
C
2
C
3
On a Vcc=24V, Re=2kΩ , Rc=1kΩ, R1=22kΩ, R2=35kΩ, Rch=1KΩ
On a Vce=-12v et Vbe=-0,7v
Avec : h11=1kΩ h21=100
1. Donner le schéma équivalent dynamique du montage.
2. Calculer l’amplification
g
s
e
v
Av =du montage
VCC
R
RC
CL
C
E
vS(t)
vE(t)
R2 RE
C
L
R
S

TD électronique fondamentale 3
Exercice 3.
Soit un transistor NPN en montage collecteur commun de résistance d’émetteur RE, de collecteur
RC, de pont diviseur de base R1, R2. Soit CC la capacité de collecteur, CL de liaison :
1. Donnez le schéma équivalent en dynamique du montage
2. Calculez le gain
E
S
v
v
G=
3. Calculez les impédances d’entrée et de sortie du montage
4. Quel est l’intérêt de ce montage ?
Exercice 4.
VCC
R1 RC
CL
CL
vS(t)
vE(t)
R2 RE RL
CC

TD électronique fondamentale 4
IV. Le transistor bipolaire en commutation :
1. Transistor en commutation :
On désire faire fonctionner ce montage en commutation. La tension Eg est un signal carré
d’amplitude 0v 10v.
0v -> transistor bloqué
10v-> transistor saturé
Vbe
Rb
Rc
Vcc
B
C
E
0v
Vce
Ic
Ib
Eg
Figure 1
Caractéristiques :
Vcc=20v
Rc=1kΩ
50<β<100
Hypothèse :
En saturation , on a Vce sat≈0v et Vbe=0,6v
1. Quelle est la valeur du courant Ic lorsque le transistor est saturé ?
2. Compte tenu des valeurs de β, quelle doit être la valeur de Ib pour assurer la saturation du
transistor ?
3. Déterminer la valeur de Rb pour assurer cette saturation lorsque Eg=10v.
4. Tracer l’allure de Vce(t) lorsque l’on a le signal suivant :
2. Commande de lampe
Dans le montage suivant E=24V, T est un transistor bipolaire tel que 15050
≤
≤
β
, L est une
lampe de caractéristiques (U=24V, P=10W). On applique à l’entrée de la résistance de base
RB une tension créneau comprise entre -10V et +10V.
Eg
t
Vce
Vce
L
T
D
Rb
U
E

TD électronique fondamentale 5
1. Indiquer le rôle de la diode D.
2. Déterminer la valeur de la résistance RB permettant une saturation correcte. On prendra
VBESAT=0.7V.
3. Le signal de commande est un signal carré de rapport cyclique α=0,5 (
T
ton
= α ) et de fréquence
1kHz. Tracer l’allure du courant ic(t) et de la tension Vce(t).
4. Déterminer la puissance dissipée dans L et dans T ? (avec Vcesat ≈0,3V)
5. Quelle est la tension moyenne aux bornes de L ?
6. Que se passe-t-il lorsque l’on modifie le rapport cyclique ?
7. Quel est l’intérêt d’un tel montage ?
8. Quelle doit être la plage de variation du rapport cyclique si les caractéristiques de la lampe sont
(U=12V, P=10W). L’alimentation E, la commande E et le transistor sont inchangés.
3. Commande de moteur.
Un hacheur série à transistor alimente un moteur à courant continu supposé idéal et modélisé
par une f.e.m. E associé à une inductance L. Le transistor T fonctionne en commutation à la
fréquence f=10kHz. sa puissance maximale est 250W. Sa tension de saturation Vcesat=0,3v
On donne les graphes de Ic(t) et Vce(t).
1. Donner l’allure de p(t) absorbée par le transistor.
2. Calculer l’énergie W1 perdue lors de la mise en conduction (durée t1=1µs) et l’énergie W2
perdue lors du blocage (durée t2=2µs).
3. Calculer l’énergie W3 perdue lors de la conduction.
4. En déduire la puissance moyenne perdue dans le transistor.
5. Exprimer la puissance moyenne en fonction de f. Quelle est alors la fréquence maximale de
commande du transistor ?
t1 t2