Synthèse sur les transistors bipolaires STRUCTURE ET

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.
Connexion base collecteur Connexion émetteur collecteur
Injection
directe
EMETTEUR
COLLECTEUR
FORWARD I
I
=
α
αFORWARD ≈ 1
F
F
BASE
COLLECTEUR
FORWARD I
I
α
α
β
−
== 1
βFORWARD ≈ 100 à 1000
Injection
inverse
EMETTEUR
COLLECTEUR
REVERSE I
I
=
α
αREVERSE ≈ 0,5
R
R
REVERSE
α
α
β
−
=1
βREVERSE ≈ 2 à 8
♠ Dépendance de la température : Le gain dépend fortement de la température.
♠ Les quatre régions de fonctionnement :
Région Jonction
Emetteur base
Jonction
Collecteur base
Région active
normale
Polarisation en
directe
Polarisation en
inverse
Blocage Polarisation en
inverse
Polarisation en
inverse
Saturation Polarisation en
directe
Polarisation en
directe
Région active
inverse
Polarisation en
inverse
Polarisation en
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 0=
F
τ
. 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
amplitudes (au plus, un dixième du
point de fonctionnement du
transistor).
C’est une représentation du comportement
du transistor à l’aide de résistances, de
capacités, de bobines, et de sources
contrôlées.
Ce sont des générateurs (courant ou tension) dont
la valeur dépend d’un autre courant ou d’une
autre tension se trouvant ailleurs dans le réseau.
♠ 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 :
0
1
1
11
2=
=
v
i
v
h
Impédance d’entrée lorsque
la sortie est en court-circuit
0
2
1
12
1=
=
i
v
v
h
Amplification en tension
(sens inverse) lorsque
l’entrée est en circuit ouvert
0
1
2
21
2=
=
v
i
i
h
Amplification en courant
lorsque la sortie est en
court-circuit
0
2
2
22
1=
=
i
V
i
h
Conductance de sortie, avec
l’entrée en circuit ouvert
2221212
2121111
..
..
vhihi
vhihv
+=
+=
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
cascade du point de vue courant continu. Puisque le signal doit être
transmis sans atténuation, la valeur de la capacité de couplage doit
être la plus grande possible.
Le rôle d’une capacité de découplage et de ramener à la
masse, le potentiel de certains points. Sa valeur doit être
la plus élevée 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 : I
IN
L
VA
R
R
A.
−
=
Grandeur Etage émetteur commun Etage base commune Etage collecteur commun
AV Elevée
(≈ -160)
Elevée
(≈ +160)
Faible
(≈ 1)
AI Elevée
AI << β
Faible
AI < 1
Elevée
AI ≈ - (β + 1)
RI Moyenne
RI ≈ 2-6kΩ
Faible
RI ≈ 8Ω
Elevée
RI ≈ 200kΩ
RS Elevée
RS ≈ 5KΩ
Très elevée
RS ≈ 1MΩ
Faible
RS ≈ 10Ω