L`amplification

1
L'amplification
1. Introduction
Lorsqu'on parle d'amplification (amplificateurs) on sous entend transistors et bien sur semi-conducteurs.
2. Les semi-conducteurs
2.1 Définition
   .
  .
  .
2.2 Différents types de semi-conducteurs
Selon le degré de pureté, on trouve :
 Les semi-conducteurs intrinsèques ;
 Les semi-conducteurs extrinsèques.
2.2.1 Semi-conducteurs intrinsèques
 Ce sont des semi-conducteurs très purs (taux d'impuretés très faible).
 Moins d’un atome d'impureté pour  atomes de l'élément S/C.
 Ils se comportent comme des isolants à très basse température.
 Leur conductivité augmente avec la température.
2.2.2 Semi-conducteurs extrinsèques
Lorsqu'on ajoute à un semi-conducteur intrinsèque des atomes d'impuretés convenablement choisis :
 Sa conductivité augmente.
 Cette opération s'appelle : le dopage.
 Les atomes d'impuretés sont appelés dopants.
 Le semi-conducteur obtenu est dit extrinsèque.
On distingue deux types de semi-conducteurs extrinsèques :
 Semi-conducteurs extrinsèques type  ;
 Semi-conducteurs extrinsèques type .
2.2.2.1 S.C. extrinsèques type N
 Chaque atome du S/C est relié à 4 atomes voisins.
 Les liaisons entre les atomes sont covalentes.
 Chaque liaison met en jeux 2 électrons.
 L’introduction d’un atome ayant 5 électrons de valence (phosphore)
 Cet atome prend la place d'un atome du cristal.
 Quatre des électrons de l'impureté participeront aux 4 liaisons.
 le 5ème électron reste célibataire.
 Cet électron peut facilement passer dans la bande de conduction sous l'action de l'agitation
thermique.
 Augmentation de la conductivité électrique.

2
2.2.2.2 S.C. extrinsèques type P
 L’introduction d’un atome ayant 3 électrons de valence (bore, aluminium).
 Cet atome ne peut saturer que 3 liaisons sur 4.
 Il manque donc une liaison par atome d'impureté.
 Il y a manque d'un électron qui est équivalent à un trou libre.
 au trou libre correspond un niveau d'énergie appelé niveau accepteur.
 Au zéro absolu, ces niveaux accepteurs sont vides.
 lorsqu'on augmente la température les trous peuvent être occupés par des électrons provenant
de la bande de valence.
 Les niveaux libres de la BV engendrent des trous et la conductivité devient de type .
3. Les transistors
3.1 Définition
 Le transistor bipolaire est constitué de semi conducteurs dopés formant un cristal de type  ou
.
 Les deux parties extrêmes sont appelées l’un émetteur et l’autre collecteur.
 Ils sont toujours de même type ( ou ).
 L’émetteur est plus épais et plus dopé que le collecteur.
 La partie centrale est appelée base.
 Elle est d’épaisseur très mince et de dopage faible et opposé à celui des deux autres régions.
 Le transistor présente deux jonctions : émetteur-base et collecteur-base.
3.2 Effet transistor
 L’émetteur est relié au pôle négatif d’une source électrique.
 Le collecteur est relié au pôle positif.
 La base est portée à un potentiel positif par rapport à l’émetteur et négatif par rapport au collecteur.
 Ce qui donne :
 Une jonction émetteur-base polarisée dans le sens passant.
 Une jonction collecteur-base polarisée dans le sens inverse.

3
 La jonction émetteur-base étant polarisée en direct, le passage des électrons majoritaires de
l’émetteur vers la base s’effectue facilement.
 La base étant très étroite et peu dopée, beaucoup d’électrons vont pouvoir passer vers le collecteur.
 Arrivés dans le collecteur, ces électrons vont être entrainés par le champ extérieur qui polarise la
jonction collecteur-base en inverse et sont ainsi captés par le collecteur.
 Notons que la polarisation inverse de la jonction collecteur-base crée un courant de minoritaires pro-
venant de la base appelé courant de saturation et noté .
 Ce courant va donc s’ajouter à celui des électrons provenant de la jonction émetteur-base.
 Certains électrons provenant de l’émetteur vont être neutralisés par les trous de la base à cause du
phénomène de recombinaison.
 D'autres électrons provenant de l’émetteur vont pouvoir traverser la base. Ce qui donne :
 Un courant  très important.
 Un courant  faible.
 Un courant  important.
Polarisation directe-inverse des jonctions du transistor.
L’effet transistor se traduit par le passage d’un courant important à travers une résistance infinie
(résistance de la jonction collecteur-base polarisée en inverse).
3.3 Régime de fonctionnement du transistor
 On plus de l'état de fonctionnement normal transistor peut se trouver dans deux états extrêmes :
 Etat bloqué.
 Etat saturé.
3.3.1 Transistor bloqué
Polarisation inverse-inverse des jonctions du transistor.
 La diode émetteur-base est polarisée en inverse.
 Le courant de base devient nul.
 Le courant collecteur est négligeable et la tension.
  vaut alors :  ( de blocage = ).
-
+
-
+
-
+
-
+
Nombreux e-
Nombreux e-
Quelques e-

4
3.3.2 Transistor saturé
Polarisation directe-directe des jonctions du transistor.
 La diode collecteur-base est polarisée en directe.
 Le courant collecteur atteint son maximum.
 Le courant de base vaut IB saturation et la tension VBE saturation est très faible.
 Le courant collecteur vaut alors   
.
3.4 Montages fondamentaux du transistor bipolaire
 nous ramenons le transistor à un quadripôle (un système à quatre bornes).
 Puisque le transistor ne possède que trois électrodes, l’une d’entre elle doit être commune à l’entrée
et à la sortie.
3.5 Caractéristiques du transistor bipolaire
Le quadripôle suivant est caractérisé du point de vue statique par :
 Les grandeurs d’entée  et .
 Les grandeurs de sortie  et .
-
+
-
+

5
Caractéristique d’entrée :  =  () à  
Caractéristique de sortie : à
Caractéristique des courants : à 
Caractéristique des tensions :  à
3.6 Polarisation du transistor bipolaire
 La polarisation a pour rôle de placer le point de fonctionnement du transistor dans une zone où ses
caractéristiques sont linéaires.
 Pour cela on applique sur les trois électrodes du transistor des potentiels continus de valeurs conve-
nables.
3.6.1 Point de fonctionnement (de repos) Q
 Au repos (lorsqu’il n’y a pas de signal d’entrée) le courant et la tension du collecteur sont :  et .
 Quelque soit le type de polarisation on calcule  et .
 Les coordonnées du point de repos Q sont :  et  ( et ).
Remarque : pour le point de repos Q, on utilise l’indice 0 ou bien Q.
3.6.2 Droite de charge statique
 La droite de charge statique représente tous les points de fonctionnement en courant continu ou sta-
tique possibles.
 On considère la maille de sortie du circuit précédent.
 La tension  polarise la diode collecteur-base en inverse à travers  :
  d’où  
 En considérant  et  comme des variables et  et  comme des constantes, nous pouvons
écrire :  
 C’est l’équation d’une droite de pente :  
 qui coupe l’axe des ordonnées en    et l’axe
des abscisses en .
 Le point de fonctionnement est défini comme étant l’intersection de la caracté-ristique 
 avec la droite de charge.
 +
-
+
-