VBE>0 pour transistor NPN VBEtransistor PNP

Chapitre 3 : le transistor bipolaire
I_ Notions fondamentales :
1) description technologique :
_ Un transistor bipolaire : C’est 3 couches de Silicium (germanium) extrinsèque
disposées en sandwich dans l’ordre NPN ou PNP
_ Cf fig 3_1
_ base : étroite, légèrement dopée (0 pour NPN) et e- pour PNP. Constitue la partie
centrale.
_ émetteur : fortement dopé (e- pour NPN, 0 pour PNP)
_ collecteur : moyennement dopé, la plus large des 3 régions.
Remarque :
Les tensions et les courants d’un transistor PNP sont opposés à ceux d’un transistor
NPN.
2) polarisation d’un transistor :
Pour un transistor (NPN ou PNP) il faut que :
 la jonction EB (émetteur base) soit polarisée en direct
 la jonction CB (collecteur base) soit polarisée en inverse
_ Cf fig 3_2
VBE>0
pour transistor NPN
VBE<0
transistor PNP
VCB>0
VCB<0
2) l’effet transistor :
_ Cf fig 3_3
a) interrupteur K ouvert :
la jonction n’est pas polarisée
la jonction CB est polarisée en inverse
Il existe un courant de saturation inverse
It0  quelques A
b) interrupteur fermé :
la jonction BE est polarisée en directe
la jonction CB est polarisée en inverse
 les électrons majoritaires dans l’Emetteur vont passer en grand nombre dans la
base  création d’un courant émetteur
 dans la base  2 chemins possibles
1) quelques électrons sont captés par les trous pour donner le courant de base
Ib. Ib est faible car la base est peu dopée.
2) la plus grande partie des électrons (sous l’effet du champ ECB) pénètre dans
le collecteur  création du courant de collecteur Ic.
1
4) Rapport c en courant continu :
Par définition :
c = Ic
IE
c : gain en courant continu en base commune
c > 0 et 1  c  0,95
 conservation de l’électricité nœud :
IE = Ic + Ib
Ic
Ib
Ie
NPN
 conservation des potentiels :
VCE = VBE + VCB  VCB + VEB + VBC = 0
Tension de claquage : tension inverse que peut supporter chaque diode :
Diode EB
5 < B VBE < 30 V
Diode CB
20 < B VCB
II_ Caractéristique statiques d’un transistor :
1) caractéristique statique d’un transistor :
Il existe 3 montages :
_ base commune BC
_ Emetteur commun EC
_ Collecteur commun CC
_ Cf fig 3_5
Le plus utilisé de ces montages est le montage EC (Emetteur commun)
2) caractéristique statique en EC :
 la jonction BE est polarisée en directe VBE > 0

CB
inverse VCB > 0
et VCB < tension de claquage
On sait que IE = IC + IB
IC = c + IE

IE = Ic
c
Ic = IB + IC
c

IC - cIc = cIB
Ic =
c IB
1-c
2
Ic = cIB
c = c .
1 - c
c = gain en courant continu en EC
modèle du transistor en fonctionnement statique dans la région active.
_ Cf fig 3_6
Pour relever les caractéristiques statiques en EC, on peut utiliser le montage suivant.
_ Cf fig 3_8
 Ic = f(VCE) à IB = constante (1E cadran)
 Ic = f(IB) à VCE = constante (2E cadran)
 VBE = f(IB) à VCE = constante (3E cadran)
 VBE = f(VCE) à IB = constante (4E cadran)
On pose :
3) caractéristique du gain en courant :
_ Cf fig 3_9
Remarque :
_ pour une température donnée :  peut varier du simple au triple sur toute la
gamme utile du courant Ic
_ le gain en courant  peut également varier du simple au triple sur toute la gamme
de température allant de – 50° à 150°C
4) les valeurs limites des transistors :
 blocage :
Quand le courant IB = 0 ; le transistor est bloqué . Il circule un courant ICEo très petit
(10nA pour 2N2222)
 grandeurs limites d’un transistor :
_ BVCEo = 30V
tension de claquage CE. Lorsque la base est ouverte.
_ BVCBo = 60V tension de claquage CB (émetteur ouvert)
_ BVEBo = 5V tension de claquage EB (collecteur)
Ic max = 800mA
Pdmax = 0,5 W
Pour le bon fonctionnement d’un transistor il faut s’assurer que toutes les grandeurs
sont inférieures aux grandeurs limites.
 puissance dissipée :
Ic
IB
Ie
VCE
La puissance continue dissipée par un transistor est
Pd = VCE . Ic
3
III_ Droite de charge en régime statique :
Le calcul et le tracé de la droite de charge permettent de déterminer le point de
fonctionnement et de connaître la région dans laquelle fonctionne le transistor.
1) Calcul de la droite de charge :
_ Cf fig 3_11
Pd < Pd max
Vcc = VCE + Rc.Ic Ic = Vcc - VCE
RC
RcIc = Vcc - VCE

Ic = Vcc - VCE
Rc
_ Cf fig 3_12
2) Point de fonctionnement :
 l’intersection de la droite décharge avec la caractéristique Ic = f(VCE) pour un
courant de base donné, fixe le point de fonctionnement
 calcul de Ib (maille BE)
VBB – VBE = RBIB  IB = VBB-VBE
RB
3) Blocage / saturation :
 point de blocage :
IB = 0, IC = IC0 # 0, VCE (blocage) # VCC
 point de saturation :
IB = IB sat, Ic(sat) # Vcc, VCE (sat)  0,1 à 0,3 V
Rc
4) Polarisation d’un transistor :
 un transistor fonctionnant en source de courant ou en amplificateur est un
dispositif linéaire.
 le circuit de polarisation a pour but de fixer le point de fonctionnement du
transistor.
 le point de fonctionnement doit être stable et insensible aux variations de c
 source de courant :
objectifs :
_ maintenir un courant émetteur (collecteur) constant quelque soit le
courant de base
_ s’affranchir des variations de c
_ Cf fig 3_13
Maille CE :
Vcc = RcIc + VCE + RE . IE
Ic  IE
Vcc  RcIc + VCE + REIc
Ic = Vcc - VCE
équation de la droite de charge statique
Rc + RE
4
_ Cf fig 3_14
 droite de charge :
Ce montage fonctionne dans la zone active (linéaire) en un point Q appartenent à la
droite de charge
Maille BE :
VBB = VBE + RE.IE
IE = VBB – VBE
RE
 courant émetteur :
Remarque : le courant émetteur ne dépend pas de BC
IE = 2-0,7 = 1,3 = 13mA
100
100
avec VBB = 2 V et Re = 100
 schéma d’une source de courant
_ Cf fig 3_15
_ VBB donnée, on fixe IE en choisissant RE
_ Protection du montage contre les variations de e
_ Si c varie, IB varie, mais Ic reste constant car le circuit fixe IE
_ inconvénients de ce montage  2 sources de tension VCC et VBB
3) polarisation par diviseur de tension :
_ Cf fig 3_16
_ cette polarisation est la plus utilisée dans les circuits linéaires
_ diviseur de tension aux bornes de R1 polarisée la diode émetteur en direct
On applique le théorème de Thévenin au pont de résistance R1-R2
_ Cf fig 3_16  fig 3_17
_ les caractéristiques du générateur de Thévenin équivalent sont :
VBM = ETH =
R2 .VCC
et
RTH = R1//R2 = R1R2
R1 + R2
R1 + R2
 diviseur soutenu de tension :
_ objectif : on veut obtenir un courant IE indépendant de c. Le montage doit donc se
comporter comme une source de courant
_ pour cela on utilise un pont diviseur de tension tel que la tension VBM = 99% ETH
On dit que ce diviseur est soutenu
_ Cf fig 3_17  fig 3_18
IE = VBM – VBE
RE
VBM = 99% ETH
IE s’écrit alors :
5
IE  ETH - VBE
RE
_ l’expression de IE ne contient pas c . Le circuit se comporte comme une source de
courant, il est insensible aux variations de c et le point de fonctionnement est stable.
_ domaine de validité du diviseur soutenu de tension
_ Cf fig 3_17
 maille BE :
RTH .IB + RE .IE = ETH- VBE
IB =
IE .  IE
(c + 1) c
IE  ETH – VBE
RE + RTH /c
_ le courant IE sera quasiment indépendant de c sr RE >> RTH/c. Pour un diviseur
de tension on prendre :
RE  100. RTH /c  0,01 .c.RE  RTH
_ en général R2 <<R1 et RTH est différente de R2. La condition précédente s’écrit
alors :
0,01.c.RE  R2
Application numérique :
ETH = 5V
VBE = 0,7V
RE = 100   RTH = 100 
c = 100
IE =
5 –
0 ,7 = 4,3 = 43mA
100 + 100/100 100
0,01 c.RE  RTH
0,01.100.RE  RTH
 supposons que c diminue de 100 à 50. La nouvelle valeur du courant IE sera peu
différente de celle obtenue avec c =100
IE =
5 –
0 ,7 = 4,3 = 42,15mA
100 + 100/50 102
 diviseur ferme de tension :
_ le fait d’utiliser un diviseur soutenu conduit à de faibles valeurs de résistance pour
R1 et R2. Cela peut entraîner des problèmes (résistance d’entrée) que nous verrons
plus loin dans le cours .
_ Un bon compromis est d’utiliser un diviseur ferme .
La condition sur RTH est moins forte que dans le cas d’un diviseur soutenu. Pour un
diviseur ferme on choisira
0,1 c. RE  RTH
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