ITT TRANSISTOR MOS S202.7.0 Date *************** 1 TP. Le transistor en commutation. .............................................................................. 2 Le transistor bipolaire. .................................................................................................................. 2 a) Etude de la saturation. ...................................................................................................... 2 b) Amélioration du blocage : ................................................................................................ 3 2 Tp. mesure .............................................................................................................. 4 Transistor bipolaire en commutation avec charge résistive dans le collecteur. ....................... 4 a) Amélioration du blocage par commande négative. .......................................................... 4 b) Amélioration du blocage par capacité en parallèle sur Rb............................................... 5 c) Amélioration de la commande « Anti-saturation » par diode base collecteur. ................ 6 3 Le transistor « F.E.T. » « Field Effect Transistor » ............................................ 7 Un peu de technologie : .................................................................................................................. 7 Principe de fonctionnement : ........................................................................................................ 7 Polarisation du transistor F.E.T. : ................................................................................................ 8 a) Avantages du transistor à effet de champ : ...................................................................... 8 4 Le transistor « M.O.S. F.E.T. » « Metal Oxyde Semi-conducteur F.E.T. » ....... 9 Technologie :................................................................................................................................... 9 5 Tp. Mesure : ......................................................................................................... 10 Transistor SIPMOS (MosFet de puissance) en commutation avec charge résistive dans le drain. ............................................................................................................................................. 10 a) Amélioration du blocage par commande négative. ........................................................ 10 b) Amélioration du blocage par Diode en parallèle sur Rb. ............................................... 12 c) Amélioration de la commande « déionisation » par résistance Gate Source. ................ 13 Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix. 38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. TSAII 1 LE TRANSISTOR MOS S202.7.0 2 Le transistor en commutation. Le transistor bipolaire. a ) Etude de la saturation. IBsat IC ICsat Vcc Rc Le courant Ib. n'est plus négligeable devant Ic et Ie > Ic. Lorsque l'on supprime Ib. sat., ( blocage du transistor ) on constate que Ic se maintient un court instant. Il y a prolongation de la saturation ( inertie ). C'est l'effet de la charge stockée. Il résulte du fait que pendant la saturation, l'émetteur injecte dans la base plus de " charges " que le collecteur ne peut en évacuer. Il existe donc de l'inertie entre l'ordre de blocage, sur B et l'exécution sur C. Le temps de blocage t off se décompose ainsi: ts = temps de stockage tf = temps de descente. Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/ TSAII LE TRANSISTOR MOS S202.7.0 3 b ) Amélioration du blocage : Remèdes pour diminuer « ts ». L’amélioration du blocage peut se faire de plusieurs manières : Technologie, transistors spéciaux dopés à l'or ( BU......., BS...... ) Montages anti-saturation. Ajuster le courant Ib. de commande au courant Ic nécessaire pour assurer Ib Ic Favoriser le « déstockage » des charges accumulées dans l’espace base émetteur lors de la saturation. Blocage par Vbe inverse. Condensateur câblé en parallèle sur Rb. Commande par transfo driver. Le but étant " d'inverser " le courant de base au moment du blocage. Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/ TSAII 2 LE TRANSISTOR MOS S202.7.0 4 Tp. mesure Transistor bipolaire en commutation avec charge résistive dans le collecteur. a ) Amélioration du blocage par commande négative. Régler le générateur de signaux carré : F = 15KHz Vg = Vcc 5V cc Rc C Soit le schéma ci-contre. Vcc = 15V Rb = 1K Rc=100 D D = Bat 82 C= 10nF Rb Relever le signal sur le collecteur du transistor. Vg Pendant tout le Tp. la capacité et la diode seront déconnectées. Interrupteur en position centrale. Vg t 0V Vce Relevé l’oscillogramme sur le collecteur du transistor avec Vg 5 volts de partie positive Relevé l’oscillogramme sur le collecteur du transistor avec Vg avec 3 volts positif et 2 volts négatif. Conclusion : Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/ TSAII LE TRANSISTOR MOS S202.7.0 5 b ) Amélioration du blocage par capacité en parallèle sur Rb. Régler le générateur de signaux carré : F = 15KHz Vg = 5V cc Vcc Relever le signal sur le collecteur du transistor. Rc C Vcc = 15V Rb = 1K Rc=100 D D = Bat 82 C= 10nF Rb Pendant tout le Tp. la diode sera déconnectée. Vg Interrupteur en position Droite. Vg 0 t Sans capacité Vce 0 Avec capacité 0 Vérifier que le temps de « stockage ts » diminue lorsque la capacité est connectée. Vérifier aussi que le temps de « montée tm » diminue aussi. Conclusion : Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/ TSAII LE TRANSISTOR MOS S202.7.0 6 c ) Amélioration de la commande « Anti-saturation » par diode base collecteur. Régler le générateur de signaux carré : F = 15KHz Vg = 5V cc Vcc Soit le schéma ci-contre. Rc Vcc = 15V Rb = 1K Rc=100 C D D = Bat 82 C= 10nF Relever le signal sur le collecteur du transistor. Rb Pendant tout le Tp. la capacité sera déconnectée. Vg Interrupteur en position Gauche. Vg 0 t Sans diode Vce 0 Avec diode 0 Vérifier que le temps de stockage diminue lorsque la diode est connectée. Conclusion : Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/ TSAII 3 LE TRANSISTOR MOS S202.7.0 7 Le transistor « F.E.T. » « Field Effect Transistor » Un peu de technologie : d’une zone diffusée de type N, Le transistor « F.E.T. » est constitué : entourée d’une zone P (fig. 1). Source Drain Canal Drain Grille Source Grille Fig. 1 Fig. 2 La zone N forme le canal, aux extrémités duquel on trouve le drain et la source, plus simplement des contacts électriques, alors que la zone P constitue la grille. Sa symbolisation dans les schémas est représentée à la fig. 2. Le FET est toujours réalisé avec du silicium. Principe de fonctionnement : Branchée selon la fig. 3, la jonction est polarisée en inverse. Le courant, IG, dans la jonction est extrêmement faible. En l’absence de polarisation, la tension grille source est nulle, VGS = 0, le courant qui parcourt le canal N est fonction de la tension drain source, VDS, et de la résistance du canal, il croît linéairement jusqu’à une tension Vm, ensuite le dispositif est VDD saturé, le courant drain source IDS est maximal IDS . RD ID Vm IDSS VGS = 0V -1V -2V VGS=-Vp VDS Fig. 3 Lorsque nous polarisons la grille négativement, le potentiel crée un champ électrique qui repousse les électrons circulants dans le canal, ils se concentrent alors et une zone d’appauvrissement prend naissance. Le courant IDS diminue. Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/ TSAII LE TRANSISTOR MOS ID S202.7.0 8 -VP V « pinch off » ou tension de pincement, égale à VGS assurant le blocage du transistor IDS = 0. La première génération de transistors « F.E.T. » (JFET appauvri classe A) ne pouvait fonctionner qu’en appauvrissement, en effet, si on inverse la tension VGS, la jonction est polarisée en direct et un courant IG prend naissance. VGS Vp Certains reconnaîtront dans le fonctionnement du transistor « F.E.T. » celui du tube électronique à vide (pentode). Pour les autres nous ferons un rapprochement avec le transistor classique et les analogies suivantes. Le Drainle collecteur. La sourcel’émetteur. La grilleLa base. On trouve aussi dans les catalogues des transistors F.E.T. à canal P. Le principe de fonctionnement est identique, au lieu de raisonner sur les électrons, on doit le faire sur des lacunes (manque d’électrons) et inverser les tensions d’alimentation. Polarisation du transistor F.E.T. : Trois méthodes sont possibles, elles sont notées ci après pour le transistor à canal P. Polarisation par générateur. La grille est positive par rapport à la source. Le même générateur dans S, La source est négative par rapport à la grille Polarisation automatique Vpol = RS x IS, IS = ID Très utilisée. ID est stabilisé en fonction de t° C. a ) Avantages du transistor à effet de champ : Impédance d’entrée très grande de l’ordre du G (pas de courant IGS). Résistance de Saturation RDS On très faible (de l’ordre du m ) VDS sat. 0V. Résistance de Blocage RDS Off très grande de l’ordre du M IDS 0A Commandé par une tension, pas de puissance de commande. Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/ TSAII 4 LE TRANSISTOR MOS S202.7.0 9 Le transistor « M.O.S. F.E.T. » « Metal Oxyde Semi-conducteur F.E.T. » Technologie : Dans ce type de transistor il n’existe pas de jonction « grille source » la grille est isolée par une couche d’oxyde Grille ou Gate Isolant Source ID Drain N N P VGS MOSFET canal N enrichi ou Enhanced ( classe c) Grille ou Gate Isolant ID Source Drain N N P MOSFET canal N appauvri ou déplétion ( classe B) VGS Le principal inconvénient des MOS FET est qu’il existe par construction une capacité, entre Gate et Drain, CGD, ( capacité Miller ) non négligeable environ 20 pF. Les transistors SIPMOS (Siemens Power MOS) utilisés dans les alimentations à découpage font parti de la famille des MOS canal N enrichi. Le transistor est bloqué en l’absence de VGS positif. Les améliorations apportées par Siemens permettent à ces transistors de commuter très rapidement (diminution de la capacité Miller ). Par contre il est à noter la présence d’une diode parasite entre Drain est Source. Drain Gate Drain Gate Source MOSFET N standard Source MOSFET N de puissance ou SIPMOS Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/ TSAII 5 LE TRANSISTOR MOS S202.7.0 10 Tp. Mesure : Transistor SIPMOS (MosFet de puissance) en commutation avec charge résistive dans le drain. a ) Amélioration du blocage par commande négative. Régler le générateur de signaux carré : F = 15KHz Vg = 6V cc Vcc Relever le signal sur le « DRAIN » du transistor. Vcc = 15V R1 = 82 RD = 100 RD R2 = 82 D = BAT82 D Pendant tout le Tp. la diode et la résistance R2 seront déconnectées R1 Vg Interrupteur en position centrale. R2 Vg t 0V VDS Relevé l’oscillogramme sur le collecteur du transistor avec Vg 6 volts de partie positive Relevé l’oscillogramme sur le collecteur du transistor avec Vg avec 4 volts positif et 2 volt négatif. Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/ Conclusion : Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/ mise à jour le 27/08/14 TMEGP TRANSISTOR MOS AT2 S1-S202.7.0 12/13 b ) Amélioration du blocage par Diode en parallèle sur Rb. Régler le générateur de signaux carré : F = 15KHz Vg = 6V cc Vcc Relever le signal sur le « DRAIN » du transistor. Vcc = 15V R1 = 82 RD = 100 RD D R2 = 82 D = BAT82 Pendant tout le Tp. la résistance R2 sera déconnectée. Interrupteur en position gauche. R1 Vg R2 Vg 0 t Sans diode VDS 0 Avec diode 0 Vérifier que le temps de « stockage ts » diminue lorsque la diode est connectée. Conclusion : Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/ TMEGP TRANSISTOR MOS AT2 S1-S202.7.0 13/13 c ) Amélioration de la commande « déionisation » par résistance Gate Source. Régler le générateur de signaux carré : F = 15KHz Vg = 10V cc Vcc Relever le signal sur le « DRAIN » du transistor. RD Vcc = 15V R1 = 82 RD = 100 D R2 = 82 D = BAT82 Pendant tout le Tp. la diode sera déconnectée. Interrupteur en position droite. R1 Vg R2 Vg 0 t Sans R2 VDM 0 Avec R2 0 Vérifier que le temps de stockage diminue lorsque la résistance R2 est connectée. Conclusion : Centre de Formation Professionnelle des Adultes de GRENOBLE - Le Pont de Claix.38 avenue Victor Hugo 38800 Le Pont de Claix - Tél.04.76.99.00.99 - Télécopie : 04.76.99.00.90 - Minitel : 3614 code AFPA. Email http://www.afpa.fr/