Chapitre 1 : Le transistor bipolaire AVAV - UMMTO E

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Chapitre 1 : Le transistor bipolaire
1. Caractéristiques statiques du transistor bipolaire
Transistor PNP Transistor NPN
Les courants IB, IC et IE sont positifs.
IE = IC + IB ; IC = IB ; IC = IE ; =
Les caractéristiques sont les courbes qui représentent les relations entre les courants et les
tensions du transistor. Elles permettent de délimiter les régions de fonctionnement du transistor,
de déterminer le point de fonctionnement optimal et les paramètres hybrides du transistor.
Le montage suivant permet le relevé des caractéristiques d’entrée IB = f(VBE) à VCE = cte, de sortie
IC= f(VCE) à IB = cte et de transfert IC = f(IB) à VCE = cte.
3. Analyse de montage amplificateur à transistor
Le signal d’excitation (à amplifier) est constitué d’un signal sinusoïdal superposé à un signal continu.
Le but du montage est d’amplifier le signal sinusoïdal alors que le continu sert à polariser le
transistor (à fixer le point de fonctionnement du transistor).
L’objectif de l’analyse est de déterminer les gains en courant et en tension autour du point de repos.
2.1 Etude statique :
On cherche à déterminer le point de fonctionnement, cad :
IC = ICM , IB = IBM, VBE = VBEM et VCE = VCEM
Le montage de polarisation le plus utilisé est le montage 1 présenté ci-dessus qui comporte une seule
source de polarisation. Il est équivalent au montage 2 avec :
 =
+  =  +
B
C
E
I
C
I
E
I
B
I
B
I
C
V
BE
V
CE
I
B
=I
1
I
B
=I
I
B
=I
I
B
=I
V
CEmax
V
CEsat
Zone de saturation
Région linéaire
Zone de blocage
A
V
A
IC
VBE
VEE VCC
V
VCE
I
B
B
C
E
I
C
I
E
I
B

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On notera que: IC = .IB et IE = IC + IB = IC ( + 1) / IC car  >> 1 (valeur de : 50 à 250)
Pour le transistor au Si : VBE = 0,7V
Pour la maille d’entrée :  = ++= + (
+)
D’où = =
=,
Pour que le point de repos soit stable lorsque  varie, on prend souvent: RE = 10 RB /
min
Pour la maille de sortie :
VCE + (RE + RC)IC = VCC (car IE IC)
C’est l’équation de la droite de charge statique.
2.2 Etude dynamique :
Il s’agit de déterminer les variations iC et vCE autour du point de repos M :
VCC = 0 IC = iC IB = ib VCE = vCE VBE = vBE
En mettant à zéro l’alimentation VCC et en attaquant par un générateur (eg, Rg), on obtient le
montage 3 ci-contre qui par simplification donne le montage 4 avec :
′=
  ′=
Du montage 4 , on déduit :
′=′+ +=′
+ +
=′
′
 ≅′
′
 car vBE est à négliger
 =−−=−(+)  =−(+)′
+′
V
BB
I
E
E
I
B
R
B
C
R
E
R
C
I
C
V
CC
B
R
1
R
R
E
R
C
I
C
V
CC
2
1
ICM
VCEM VCC
VCE
IC
VCC/(RC+RE)
Droite de charge
M
R’
i
C
e’
R
C
R
E
i
B
R
g
i
C
R
B
e
g
R
C
i
R
E
i
B
3
4

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3. Montages amplificateurs fondamentaux
Il y a trois montages de base d’amplificateurs: l’émetteur commun (E-C), le collecteur commun (C-C)
et le montage base commune (B-C). L’étude des performances de ces montages se fait par
l’évaluation du gain en tension, du gain en courant, du gain en puissance, des impédances d’entrée et
de sortie. Pour faire cette évaluation, il est nécessaire de déterminer les schémas équivalents des
différents montages.
3.1 Circuit équivalent du transistor à jonction en BF :
Un transistor peut être considéré comme un quadripôle
Ou ou
Emetteur commun Collecteur commun Base commune
Les courants et les tensions sont des variations sinusoïdales autour du point de repos.
En basse fréquence, le quadripôle est modélisé par ses
paramètres hybrides : v1 = h11.i1 + h12.v2
i2 = h21.i1 + h22.v2
Configuration E-C
Les paramètres hybrides sont évalués autour du point de repos :
ℎ =
 : résistance de valeur moyenne (ordre du k)
ℎ =
 ≅0 : ce paramètre est négligeable
ℎ =
=
: entre 50 et 250 selon le transistor
ℎ =
 : admittance de valeur faible(< à 10-5 -1), parfois négligée dans le schéma équivalent.
Configuration C-C
Partant du schéma équivalent de l’E-C avec les paramètres hijE, on
aboutit au schéma C-C avec les mêmes paramètres;
ℎ =ℎ ; ℎ =−( +1) ; ℎ 1 ; ℎ =ℎ
Configuration B-C :
La transformation du schéma E-C conduit au schéma B-C
construit avec les paramètres hijE.
ℎ =
 ; ℎ =−  ; ℎ
0 ; ℎ ℎ
i
1
i
2
v
1
v
2
B
C
E
i
C
v
BE
i
B
v
CE
i
E
v
B
C
i
B
v
E
C
B
C
E
B
C
E
i
C
v
EB
i
E
v
CB
i
1
h
11
i
2
v
2
v
1
h
22
h
12
v
2
h
21
I
1
i
B
h
11E
i
C
v
CE
B
h
22
v
BE
i
B
E
E
C
i
B
h
11E
-
i
E
v
EC
B
h
22
v
BC
i
B
E
C
C
B
i
B
h
11E
i
E
v
CB
h
22
v
EB
i
B
E
C
B
I
C

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3.2 Etude du montage émetteur commun
Le montage de base est celui de la figure 1 ; son schéma équivalent en alternatif est représenté
figure 2 où les capacités C1, C2 et CE sont remplacées par des courts-circuits.
Calcul du gain en tension du montage : GV = v2 / ve
=− 
 et =ℎ d’où : ′= =−  ( )
=
= ′=− 
( )
  pour r de faible valeur : 
′=− 
( )
Gain en courant : Gi = i2 / i1
=
 et =  d’où : = = ( )()
Impédance d’entrée : Ze = v1 / i1 =
Impédance de sortie : Zs = v2/ i2 avec RL déconnecté et ve = 0 (source éteinte)
ve = 0  i1 = 0  iB = 0  iB = 0  Zs = v2/ i2 = RC
2.3 Etude du montage collecteur commun
Les gains en tension et en courant et les impédances d’entrée et de sortie sont calculés sur la base
du schéma dynamique. Nous obtenons :
=
=()(//)
()(//)
1 =
=−() ()()()
=
= //[ℎ +(+1 )(//)] = =()
()
Impédance d’entrée élevée ; impédance de sortie faible
Fig 2
i
1
h
11E
i
2
v
2
r
R
C
v
e
i
B
R
B
R
i
B
v
1
V
BB
C
1
V
CC
r
i
1
R
B
v
e
R
C
R
E
C
E
R
L
C
2
i
2
v
2
Fig 1
v
1
V
BB
C
1
V
CC
r
i
1
R
B
v
e
R
E
R
L
C
2
i
2
v
2
v
1
h
11E
i
1
i
2
v
2
r
R
E
v
e
i
B
R
B
R
i
B
v
1

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3.4 Etude du montage base commune
Ci-dessous sont représentés le montage base commune en statique et son schéma équivalent en
dynamique.
=
=
[(
)] =
=−
−1
=
=
() =
= ℎ
Impédance d’entrée faible ; impédance de sortie élevée.
V
BB
C
1
V
CC
r
i
1
R
B
v
e
R
E
R
L
C
2
i
2
v
2
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1
C
B
i
B
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11E
v
1
v
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B
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1
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2
v
2
R
L