SYNTHESE BIPOLAIRES 10-11-12 - ESPCI

ÉLECTRONIQUE
DES CIRCUITS INTÉGRÉS
CIRCUITS
EN TECHNOLOGIE BIPOLAIRE
DOCUMENT DE SYNTHÈSE
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1
I. PROPRIÉTÉS FONDAMENTALES DES TRANSISTORS BI-
POLAIRES
1) Symboles et description
Transistors npn et pnp
Un transistor bipolaire est constitué de trois zones contiguës : l’émetteur, la base et le
collecteur.
Transistor npn : base dopée p, émetteur et collecteur dopés n.
Transistor pnp : base dopée n, émetteur et collecteur dopés p.
Figure 1
Fonctionnement
Dans un transistor npn en fonctionnement normal, un courant d’électrons circule de
l’émetteur vers le collecteur en traversant la base ; le circuit extérieur fournit un cou-
rant de trous à la base.
Dans un transistor pnp en fonctionnement normal, un courant de trous circule de
l’émetteur vers le collecteur en traversant la base ; le circuit extérieur fournit des
électrons à la base.
Dans les deux cas, la conservation des charges implique :
IE = IC + IB
Propriété fondamentale des transistors bipolaires
Le passage du courant entre l’émetteur et le collecteur est commandé par le courant
de base.
Le courant de base est très petit devant le courant de collecteur, donc IC ≈ IE.

2
Sens conventionnel du courant :
! transistors npn : courants de collecteur et d’émetteur positifs du collecteur
vers l’émetteur ; courant de base positif en direction de la base.
! transistors pnp : courants de collecteur et d’émetteur positifs de l’émetteur
vers le collecteur ; courant de base positif en direction du circuit extérieur.
Figure 2
2) Régimes de fonctionnement (modèle d’Ebers-Moll)
Actif :
Jonction base-émetteur
polarisée en direct :
VBE >0 (npn)
VBE <0 ( pnp)
!IB"0
ET jonction base-
collecteur polarisée en
inverse :
VCE > 0 pour transistor npn
VCE < 0 pour transistor pnp
Linéaire :
β ≈ 50 à 200, avec une
forte dispersion.
VCEsat ∼ 1 Volt (dépend du
transistor considéré).
Saturé :
(En première approxima-
tion : VCE ≈ 0 Volt)
Bloqué
Jonction base-émetteur
polarisée en inverse
VBE !0 (npn)
VBE "0 ( pnp)
#IB=0
IC = 0
IB = 0
Le contenu de ce tableau doit être parfaitement compris et assimilé.
En première approximation, on peut, comme pour la diode, considérer que, pour un
transistor en régime actif
•
VBE !0,6 Volts
• le courant de collecteur IC est déterminé par les éléments du circuit extérieur.
IC=ISexp
VBE
VT
!1
"
#
$%
&
'
(ISexp
VBE
VT
VT=kT
q
!25 mV à 300 K
VCE >VCEsat ! IC=
" IB
VCE <VCEsat ! IC<
" IB

3
3) Modèle du transistor bipolaire en régime actif linéaire pour les nuls
Modèle pour les nuls
.
IC indépendant de VBE (IC ne dépend que du circuit extérieur).
β infini, donc IB = 0.
4) Caractéristiques statiques du transistor bipolaire
On utilise le plus souvent les caractéristiques IC(VCE) représentées sur la Figure 3,
mais il peut être utile de considérer les caractéristiques complètes « 4-quadrants » re-
présentées sur la Figure 4.
Modèle dʼEbers-Moll
Effet Early
Figure 3
5) Conséquences de l’équation d’Ebers-Moll
• On rappelle que est une conséquence de l’équation d’Ebers-
Moll.
• À température constante, VBE augmente (en valeur absolue) de 60 mV par dé-
cade de courant collecteur.
• À IC constant, VBE diminue (en valeur absolue) de 2 mV par degré quand la
température augmente (car IS augmente avec la température).
VBE =0,6 Volts
VBE !0,6 Volts

4
Figure 4
6) Fonctionnement en continu
Pour analyser le fonctionnement en continu, il faut déterminer 6 inconnues : 3 cou-
rants (IC, IE, IB) et 3 tensions (VB, VC, VE).
On dispose de 6 équations :
! La loi d’Ohm et/ou la loi des mailles dans les circuits reliés à la base, à
l’émetteur et au collecteur, soit 3 équations.
! Les trois équations du transistor, en faisant l’hypothèse que le transistor est
en régime actif linéaire (sauf s’il est évident d’après le schéma qu’il n’est pas
en régime linéaire) :
o Conservation de la charge : IE = IB + IC
o Équation d’Ebers-Moll sous forme simplifiée ( indé-
pendamment de IC) ou sous forme complète ( )
o Équation d’amplification du courant : IC = β IB
On a donc 6 équations à 6 inconnues. Si l’on utilise la forme simplifiée de l’équation
d’Ebers-Moll, ces équations sont linéaires, ce qui permet de faire tous les calculs de
VBE !0,6 Volts
I
C
!I
S
exp
V
BE
V
T