Polarisation des transistors bipolaires

E. TISSERAND Université de Nancy
1
Les transistors bipolaires
Commutation et polarisation
I - Caractéristiques des transistors bipolaires
1) Présentation
Un transistor bipolaire est une triode constituée par l’association série de deux diodes PN en sens
inverse. Le point de jonction des diodes est appelé base, les deux autres électrodes sont
respectivement l’émetteur et le collecteur.
Il existe deux modèles de transistors bipolaires :
Le modèle NPN dans lequel les diodes ont en commun une zone semi-conductrice de type P.
N
P
N
E
B
C
E
B
C
V
CE
V
BE
E
C
B
I
C
I
B
Constitution interne et symbole d’un transistor bipolaire NPN
Le modèle PNP dans lequel les diodes ont en commun une zone semi-conductrice de type N.
P
N
P
C
B
E
C
B
E
V
EC
V
EB
E
C
B
I
C
I
B
Constitution interne et symbole d’un transistor bipolaire PNP
Note : la flèche dans le symbole fournit trois indications importantes :
 Le type de transistor NPN ou PNP ;
 La position de l’émetteur ;
 Le sens de circulation du courant
E
I de l’émetteur et donc celui des courants I
B
et I
C
Quatre grandeurs suffisent à définir l’état électrique d’un transistor bipolaire
Grandeurs d’entrée Grandeurs de sortie
Type NPN
B
I ,
BE
V
C
I ,
CE
V
Type PNP
B
I ,
EB
V
C
I ,
EC
V
Propriété fondamentale du transistor bipolaire
Le courant de base I
B
permet de rendre conducteur l’espace collecteur-émetteur

2) Caractéristiques d’entrée et de sortie d’un transistor NPN
a) Caractéristique d’entrée dans le plan
(
)
BEB
V;I
Le quadrant 1 du graphe donné en figure suivante représente la courbe caractéristique d’entrée d’un
transistor NPN. On reconnaît la caractéristique d’une diode : celle de l’espace base-émetteur. Elle
est en pratique indépendante des grandeurs de sortie du transistor.
b) Caractéristique de sortie dans le plan
(
)
CCE
I,V à CsteI
B
=
Elle est représentée dans le quadrant 3
Nous constatons que :
 Pour une tension
CESatCE
VV > le courant de collecteur
C
I est en grande partie
proportionnelle au courant de base
B
I
 Pour une faible tension
CESatCE
VV < le courant
C
I dépend en grande partie de
CE
V
c) Caractéristique dans le plan
(
)
CB
I,I
Elle est représentée dans le quadrant 2
Pour
CESatCE
VV > nous avons :
BC
II β =
d) Caractéristique dans le plan
(
)
BECE
V,V
Elle est représentée dans le quadrant 4
Pour
CESatCE
VV > nous avons :
ste
CEBE
C)V(V ≈
I
B
I
C
V
BE
V
BE0
V
CE
à I
B1
à I
B2
à I
B3
à I
B4
Quadrant 1
Quadrant
2
Quadrant 4
Quadrant 3
V
CEsat
Caractéristiques statiques d’un transistor NPN

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3) Caractéristiques d’entrée et de sortie d’un transistor PNP
On relève le même type de caractéristiques que précédemment mais en considérant cette fois-ci les
grandeurs
(
)
CECEBB
I;V;V;I avec le sens indiqué sur la figure du transistor PNP
II - Transistor bipolaire en commutation
1) Régime de commutation - Définition
Dans le montage donné en figure ci-après, le transistor est commandé par la tension d’entrée
E
V qui
présente deux états notés respectivement 0 et 1. Il s’agit d’une commande binaire de type tout ou
rien au cours de laquelle le transistor est en commutation.
En régime de commutation, le transistor présente deux modes de fonctionnement :
 en mode rien : aucun courant ne circule dans la charge
C
R , le transistor est dit bloqué, la
tension
CE
V est maximale c'est-à-dire égale à
CC
V .
 en mode tout : le courant
C
I est maximal, proche de
C
CC
R
V
. Le transistor est dit saturé et la
tension
CE
V est minimale c'est-à-dire proche de 0.
E
V
CE
I
B
B
C
V
BE
I
C
R
C
R
B
V
CC
V
E
Transistor NPN en commutation – Montage de base
2) Mise en commutation
La résistance de charge
C
R du circuit est considérée fixe.
Le courant de collecteur est donné par l’égalité :
C
CECC
CRVV
I
−
=
Cette équation correspond à la droite de charge du plan
(
)
CEC V,I .
I
C
V
CE
V
CESat
V
CC
R
C
V
CC
0
Q
0
Q
1
Droite de charge du circuit

Pour le mode rien , le courant C I doit être nul. Il suffit pour cela que la tension E V soit inférieure au
seuil de conduction 0BE V (0,7 V) de la jonction base-émetteur. Pour plus de simplicité on fixera le
niveau bas de E V à 0. Le point de fonctionnement correspond au point 0 Q de la droite de charge.
Pour le mode tout , le courant collecteur est maximal et vaut :
C
CESatCC
CSat
RVV
I− =
Le point de fonctionnement correspondant est
1
Q
En pratique
CESat
V est faible (0,2 V) et on peut considérer
C
CC
CSat
R
V
I ≈
Ce point n’est atteint que si le courant
B
I est supérieur à la valeur
C
CCCSat
BSat
R
VI
Iβ ≈
β
= (1)
Pour un lot de transistor de même type, le paramètre
β
varie fortement, on retiendra la valeur
imin
β
fournit par le constructeur.
Le courant
B
I est limité par
B
R selon la relation
B
E
B
0BEE
B
R6,0V RVV
I− ≈
−
= (2)
où
E
V correspond ici au niveau haut de la tension d’entrée
La valeur R est déterminée de manière à ce que la condition
BSatB
II > soit respectée
Tableau résumé On note
C
CESatCC
CSat
RVV
I− = et
min
CSat
BSat
I
Iβ =
Régime de commutation
Transistor bloqué Transistor saturé
Régime linéaire
0I0I
CB
=⇒=
BCSatCBSatB
IIIII β<=⇒>
BCBSatB
IIII0 β=⇒<<
VCE
=
VCC
IB=0
I
C
=0
R
C
R
B
V
CC
VE=0
V
CE
≈
0
I
B
V
BE
R
C
R
B
V
CC
V
E
I
C
≈ V
C
C
R
C
V
CE
=
V
CC
I
C
=0
R
C
V
CC
V
CE
≈
0
R
C
V
CC
I
C
≈ V
C
C
R
C
I
BQ
I
B
i
B
(t)
t
0
I
CQ
I
C
i
C
(t)
t
0
E
C
B
I
C
I
B

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III - Polarisation des T. bipolaires en zone linéaire
Nous considérons ici la polarisation du transistor NPN dans sa zone linéaire.
L’état de repos du transistor est caractérisé par les 4 grandeurs statiques :
BQ
I ,
BEQ
V ,
CQ
I ,
CEQ
V
Les valeurs de ces points sont fixées par les paramètres extérieurs au transistor, ce sont l' (les)
alimentation(s) et les résistances de polarisation.
1) Montage fondamental à deux sources de tension
V
CEQ
I
BQ
V
BEQ
R
C
R
B
V
CC
V
BB
I
C
Q
Détermination des résistances en fonction des
grandeurs de repos (
BQ
I ,
BEQ
V ,
CQ
I ,
CEQ
V )
souhaitées
BQ
BEQBB
B
I
VV
R
−
= avec V 7,0V
BEQ
≈
CQ
CEQCC
C
I
VV
R
−
= avec
BQCQ
II β=
I
B
V
BE
V
BEQ
I
BQ
V
BB
V
BB
R
B
(
∆
)
(∆) Droite d’attaque :
BB
B
B
BE
VIRV +−=
I
C
V
CE
V
CEsat
V
CEQ
I
CQ
V
CC
R
C
V
CC
(I
BQ
)
(D)
(D) Droite de charge :
C
CC
C
CE
C
I
R
V
R
V+−=
2) Polarisation par résistance de base
V
CEQ
I
BQ
V
BEQ
R
C
R
B
V
CC
I
CQ
Détermination des résistances en fonction des
grandeurs de repos (
BQ
I ,
BEQ
V ,
CQ
I ,
CEQ
V )
souhaitées
BQ
BEQCEQ
B
I
VV
R
−
= avec V 7,0V
BEQ
≈
BQCQ
CEQCC
C
II
VV
R+
−
= avec
BQCQ
II β=