Synthèse sur les transistors bipolaires STRUCTURE ET
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Synthèse sur les transistors bipolaires ♣ STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR BIPOLAIRE ♠ Définition : Un transistor est un dispositif à trois pattes, constitué de trois couches successives, de types N+PN ou P+NP. ♠ Conditions technologiques : Le courant de collecteur est légèrement inférieur au courant d’émetteur, puisque les électrons traversant la base n’ont pas le temps de se recombiner (la base étant très fine). De ce fait, la valeur du courant de collecteur ne dépend pas de la résistance RC, ni de la résistance RE, mais uniquement du courant d’émetteur, qui lui dépend de la polarisation VE. Le transistor se comporte dans le circuit du collecteur, comme un générateur de courant constant. Injection directe Injection inverse Connexion base collecteur I α FORWARD = COLLECTEUR I EMETTEUR Connexion émetteur collecteur I αF β FORWARD = COLLECTEUR = I BASE 1−αF αFORWARD ≈ 1 βFORWARD ≈ 100 à 1000 α REVERSE = I COLLECTEUR I EMETTEUR αREVERSE ≈ 0,5 β REVERSE = αR 1−αR βREVERSE ≈ 2 à 8 ♠ Dépendance de la température : Le gain dépend fortement de la température. ♠ Les quatre régions de fonctionnement : Région Jonction Jonction Emetteur base Collecteur base Région active Polarisation en Polarisation en normale directe inverse Blocage Polarisation en Polarisation en inverse inverse Saturation Polarisation en Polarisation en directe directe Région active Polarisation en Polarisation en inverse inverse directe ♠ Circuit de polarisation : Un circuit de polarisation est un circuit contenant plusieurs résistances et une ou plusieurs alimentations. Le rôle du circuit de polarisation est d’assurer le point de fonctionnement imposé au transistor. Le point de polarisation est l’ensemble des trois caractéristiques (IC, VCE et VBE). L’effet Early consiste à une modulation de l’épaisseur effective de la base, en fonction de la polarisation et du signal alternatif qui se superposent. Si wEFF est inférieur à w, alors le gain du transistor va augmenter. ♠ Temps de transit : Par définition, le temps de transit est le temps nécessaire aux électrons pour traverser la base du transistor NPN. On le note ΓF. Dans le cas idéal, on aurait τ F = 0 . Le temps de transit donne une indication sur le comportement en hautes fréquences du transistor. Lorsque le temps de transit est faible, on a une bonne tenue en haute fréquence. Petits signaux Circuit équivalent Source contrôlée Ce sont des signaux de faibles C’est une représentation du comportement Ce sont des générateurs (courant ou tension) dont amplitudes (au plus, un dixième du du transistor à l’aide de résistances, de la valeur dépend d’un autre courant ou d’une point de fonctionnement du capacités, de bobines, et de sources autre tension se trouvant ailleurs dans le réseau. transistor). contrôlées. ♠ Représentation du transistor : Le transistor est représenté comme un quadripôle. ♣ CIRCUIT EQUIVALENT A PARAMETRES HYBRIDES ♠ Définition : C’est un modèle mathématique du transistor. Ce modèle est valable uniquement lorsque le quadripôle est linéaire : le transistor doit fonctionner en régime « petits signaux ». Signification des paramètres hybrides : Impédance d’entrée lorsque v la sortie est en court-circuit h11 = 1 i1 h12 = h21 = h22 = v1 v2 i2 i1 v2 = 0 i1 =0 Amplification en tension (sens inverse) lorsque l’entrée est en circuit ouvert v2 = 0 Amplification en courant lorsque la sortie est en court-circuit v1 = h11 .i1 + h12 .v 2 Conductance de sortie, avec l’entrée en circuit ouvert i 2 = h21 .i1 + h22 .v 2 i2 V2 i1 =0 On néglige souvent h22, car h22 = 20µS (soit 20MΩ). ♠ Avantages et inconvénients du modèle : Les avantages sont que ces paramètres hybrides sont souvent proposés dans les catalogues constructeurs, et en basses fréquences, tous les paramètres sont des quantités réelles ; de plus ces paramètres sont faciles à utiliser, notamment pour l’analyse manuelle des circuits. L’inconvénient est que Tous les paramètres hIJ dépendent du point de polarisation, de la température, et de la fréquence de travail. ♣ CIRCUIT EQUIVALENT DE GIACOLETTO ♠ Définition : C’est un modèle physique qui offre une correspondance entre chaque élément avec la structure interne du transistor. ♠Simplifications BF : Les capas sont des circuits ouverts. RB’C est négligée (≈ 1MΩ) RBB’ est négligée (≈ 40Ω) RCE est négligée (≈ 100kΩ) ♠ Avantages et inconvénient du modèle : Les avantages sont qu’il s’agit d’un modèle physique, qui prend en compte le fonctionnement réel du transistor, et c’est un circuit valable à n’importe quelles fréquences. Coté inconvénient, on notera que les paramètres sont difficiles à mesurer, et de plus, ils ne figurent pas souvent dans les catalogues constructeurs. ♣ INFORMATIONS COMPLEMENTAIRES SUR LE TRANSISTOR BIPOLAIRE : Capacité de couplage Capacité de découplage Le rôle d’une capacité de couplage et d’isoler les étages d’une Le rôle d’une capacité de découplage et de ramener à la cascade du point de vue courant continu. Puisque le signal doit être masse, le potentiel de certains points. Sa valeur doit être transmis sans atténuation, la valeur de la capacité de couplage doit la plus élevée possible. être la plus grande possible. ♠ Les quatre étapes pour construire le schéma équivalent d’un transistor : Etape 1 : On remplace les générateurs de tension par un court-circuit, et les générateurs de courant, par des circuits ouverts. Etape 2 : On remplace tous les condensateurs de découpage, et de couplage par des courts-circuits. Etape 3 : On substitue le transistor par son schéma équivalent (à paramètre hybride, ou le schéma de Giacoletto). Etape 4 : On simplifie (éventuellement) le circuit résultant ♠ Relation fondamentale des amplificateurs : AV = Grandeur AV AI RI RS − RL . AI R IN Etage émetteur commun Elevée (≈ -160) Elevée AI << β Moyenne RI ≈ 2-6kΩ Elevée RS ≈ 5KΩ Etage base commune Elevée (≈ +160) Faible AI < 1 Faible RI ≈ 8Ω Très elevée RS ≈ 1MΩ Etage collecteur commun Faible (≈ 1) Elevée AI ≈ - (β + 1) Elevée RI ≈ 200kΩ Faible RS ≈ 10Ω
