Le transistor Bipolaire

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Centre d’Electronique et de
Microoptoélectronique de Montpellier
(CNRS UMR 5507)
UNIVERSITE MONTPELLIER II
SCIENCES ET TECHNIQUES DU LANGUEDOC
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UMSIE301
COMPOSANTS ELECTRONIQUES
Le transistor Bipolaire
Fabien PASCAL

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IV Le transistor bipolaire
1 Etude qualitative (transistor npn)
Diagramme de bandes d’énergie du transistor bipolaire à l’équilibre(a) et en fonctionnement
normal (b)
Flux des porteurs de charges en fonctionnement normal

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Densités de courant dans le transistor
JnE : diffusion des électrons minoritaires dans la base à x = 0 (composante principale du
courant d’émetteur)
JnC : diffusion des électrons minoritaires dans la base à x = xB
JRB : recombinaison des électrons minoritaires en excès avec les trous majoritaires d la base
JpE :diffusion des trous minoritaires dans l’émetteur à x’ = 0 (composante principale du
courant de base)
JR : recombinaison des porteurs dans ZCE de la jonction E-B polarisée en direct
Jpc0 : diffusion des trous minoritaires dans le collecteur à x’’ = 0
JG : génération de porteurs dans la jonction B-C polarisée en inverse
2 Etude quantitative
JC = JnC+JG+Jpc0
JE = JnE+JR+JpE
pERnE
pc0GnC
E
C
0JJJ
JJJ
J
J
α++
++
== gain en courant statique base commune
pE(x’)
nB(x)
pC(x’’)
pE0
PC0
nB0

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pERnE
nC
JJJ
J
α++ = gain en courant dynamique base commune
α = γαΤδ avec :
pEnE
nE
JJ
J
γ+ = efficacité d’injection de l’émetteur
nE
nC
TJ
J
α= facteur de transport dans la base
pERnE
pEnE
JJJ
JJ
δ++
+
= facteur de recombinaison
Le calcul des composantes de courant liées à la diffusion des porteurs minoritaires s’effectue
en résolvant les équations de continuité comme présenté dans le chapitre précédent sur la
jonction P-N.
Le courant de recombinaison dans une jonction polarisée en direct s’écrit :
)
2kT
BE
qV
(
e
2τ
nqx
J
0
iBE
R= avec τ0 durée de vie moyenne = 2
ττ n0p0 +
On arrive ainsi a exprimer les facteurs de transport en fonction des paramètres physiques des
matériaux SC constituant le transistor :
E
B
B
E
E
B
x
x
D
D
N
N
1
1
γ
+
≅ pour xB << LB et xE << LE
2
B
B
T
L
x
2
1
1
1
α
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
≅ pour xB << LB
)
2kT
BE
qV
(
e
J
J
1
1
δ
S0
r0
−
+
=
)
2kT
BE
qV
(
e
J
J
L
x
2
1
x
x
D
D
N
N
1
1
S0
r0
2
B
B
E
B
B
E
E
B
−
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++
≅
α
Ainsi le gain en courant du transistor défini par

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)
2kT
BE
qV
(
e
J
J
L
x
2
1
x
x
D
D
N
N
1
1
S0
r0
2
B
B
E
B
B
E
E
B
−
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
≅
−
=
α
α
β
3 Fonctionnement statique du transistor réel
Au transistor idéal que nous venons de présenter s’ajoute différents effets et éléments
« parasites » que nous allons présenter qualitativement dans les paragraphes ci-dessous.
3.1 Effets de fortes injections
L’effet Webster : traduit une augmentation de porteurs majoritaires (trous) dans la base due à
la grande quantité d’électrons minoritaires injectés dans la base, afin de conserver la neutralité
électrique. Cela se traduit dans l’expression du courant collecteur par :
J
Cidéal ∝
)
kT
qV
(
e
BE
→ JC ∝
)
2kT
qV
(
e
BE
⇒ diminution du gain en courant