Systèmes et fonctions électroniques

Fiche de Physique
Contents
I Principe de fonctionnement 3
1 Le semi-conducteur 3
2 Les semi-Conducteurs extrinsèques : le dopage 3
3 Jonction PN 3
II Les diodes 3
1 Loi de Shockley 3
2 Caractéristique 4
3 Schéma & schémas équivalents 4
4 Méthode de résolution générale 4
III Le transistor bipolaire NPN 4
1 Schéma 5
2 Relations 5
3 Polarisation 5
4 Régime dynamique 6
5 Schéma équivalent d’un circuit à transistor 6
6 Amplificateurs différentiels : 6
IV Transistors à effet de champ 7
1 Schéma 7
2 Caractéristiques 7
3 Montage de polarisation 7
4 Relations en régime continu 8
5 Relations en régime dynamique 8
6 Modélisation en régime de variation 8
1

Pougne Pandore Physique
7 Différents montages 8
8 A savoir calculer (Transitors à effet de champ et bipolaires): 9
9 Transistor M.O.S. 9
V Quadripôles 10
1 Schéma 10
2 Relations 10
3 Association de quadripôles en parallèle 10
VI Oscillateurs 11
1 Principe 11
2 Utilisation des quadripôles 11
VII Simplification des fonctions par la méthode de Karnaugh 11
VIII Outils importants 12
1 Loi des mailles 12
2 Utilisation des complexes en régime de variation 12
3 Pont diviseur de tension 12
4 Théorème de Millman 12
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Pougne Pandore Physique
Part I
Principe de fonctionnement
1 Le semi-conducteur
Semi-conducteur : corps isolant à 0 K qui devient conducteur si la température augmente.
Explication: Si T augmente les électrons peuvent se déplacer dans le réseau : il a création d’un courant dans le
semi-conducteur. Les éléments qui ont perdu un électron sont appelés trous et sont considérés comme des charges
positives dans le réseau.
Cependant la mobilité va être plus faible qu’un conducteur (ex. Si (Silicium) 1010 /cm3et Cu 1022/cm3)
Résumé: Un semi-conducteur est comme un conducteur, mais en moins efficace : on va donc le doper pour
améliorer sa conductivité
2 Les semi-Conducteurs extrinsèques : le dopage
Le dopage consiste à augmenter le nombre de porteurs de charge pour améliorer la conductivité.
Le dopage N consiste à insérer un élément qui va fournir plus d’électrons (ex. Phosphore), le dopage P consiste
à insérer un élément qui va former plus de trous (ex. Bore).
Concrètement, on passe de ∼1010/cm3à∼1016/cm3porteurs de charges mobiles.
3 Jonction PN
Il s’agit de la surface de séparation entre une zone dopée N et une zone dopée P.
Il y a passage du courant entre les deux zones dans les deux sens, d’où l’idée de polarisation (directe pour le
passage du courant normal, indirecte pour l’opposé).
Part II
Les diodes
1 Loi de Shockley
ID=IS(e
V
VT−1) IScourant de saturation, VT=kT
q
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Pougne Pandore Physique
2 Caractéristique
rd=VT
IA
On trouve souvent VS≈0,6V
3 Schéma & schémas équivalents
On peut réaliser une diode avec une jonction PN. On
identifie la diode à la jonction PN selon le schéma suivant:
Astuce mnémotechnique : où est l’anode/cathode? Il
suffit de regarder la diode, le coté où il y a un K correspond
à la ‘K’atode.
Fonctionnement d’une diode:
•Si le courant est dans le sens de la flèche: la diode
est passante: elle agit comme un fil.
•Si le courant est dans le sens inverse: la diode est
blocante: elle agit comme un trou.
4 Méthode de résolution générale
Hypothèses : on se place successivement dans les différentes parties de la caractéristique (diode bloquée ou
passante). On a donc plusieurs cas à traiter séparément.
Schéma équivalent du circuit : On remplace la diode par le schéma qui correspond à l’hypothèse.
Résolution (Généralement grâce au pont diviseur de tension)
Validation (ou non) de l’hypothèse Soit on arrive à une contradiction (souvent sur VSqui doit valoir environ
0,6V) et donc l’hypothèse est fausse, soit à une condition sur d’autres paramètres, soit l’hypothèse est valide dans
tous les cas.
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Pougne Pandore Physique
Part III
Le transistor bipolaire NPN
1 Schéma
2 Relations
On étudie le transistor seulement en fonctionnement normal, passant linéaire. (Jonction B-C bloquée, B-E
passante)
•IC=αIEoù 0,99 ≤α≤0,999
•IC+IB=IE
•VCE =V CB +V BE
•Shockley : IE=IES [exp( VBE
VT)−1]
•IC=βISoù β=α
1−α,99 ≤β≤999 coefficient d’amplification
De plus, en fonctionnement normal, on considère IB≈0et VBE = 0,6V.
Remarque : En régime saturé, on a VBE << E et VCE << E
3 Polarisation
Polariser c’est placer le transistor dans un état (ici passant linéaire) qui permet d’exploiter une fonction élec-
tronique (amplification).
Pour trouver le schéma de polarisation, on part du schéma de base (qui contient généralement une source de tension
continue) et on se place en régime stationnaire. On peut donc remplacer les composants par d’autres équivalents
(Condensateurs →Interrupteurs ouverts et Bobines →fils). On enlève alors les parties court-circuitées et on
retrouve le schéma de polarisation.
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