Transistor Bipolaire

PHELMA – Travaux Pratiques 1ère année TP : Transistor Bipolaire
TP 143 - 1
Transistor Bipolaire
I Notions élémentaires sur le transistor
Un transistor est constitué de deux jonctions PN tête-bêche. Les deux jonctions sont les
jonctions base-émetteur et base-collecteur.
Il existe deux types de transistors bipolaires :
• NPN → les électrons majoritaires de l'émetteur diffusent à travers la base et atteignent
le collecteur ;
• PNP → les trous majoritaires de l'émetteur diffusent à travers la base et atteignent le
collecteur.
A RETENIR : En fonctionnement normal direct (conduction), un transistor bipolaire s'utilise
de telle façon que :
• la jonction base-émetteur soit polarisée en direct (conductrice) ;
• la jonction base-collecteur soit polarisée en inverse (bloquée).
« L'effet transistor » permet une amplification de puissance importante, car à l'aide d'un faible
courant base, sous une tension base-émetteur faible (inférieure au volt), on obtient le passage
d'un fort courant émetteur à travers la jonction base-collecteur polarisée en inverse sous une
tension importante (quelques volts à quelques dizaines de volts).
Dans le TP, nous tracerons les caractéristiques statiques d'un transistor NPN. Pour un transistor
PNP; les tensions et les courants de polarisation sont de signes opposés (par rapport au
transistor NPN). Les transistors sont ainsi représentés :
B
C
E
PNP
B
C
E
NPN
II Polarisation du transistor
La polarisation d'un transistor consiste à fixer les tensions et les courants continus aux niveaux
des jonctions base-émetteur et collecteur-émetteur. Ces tensions et courants seront notés en
lettres capitales
.
Exemple : IB0: courant de base VBE0 : tension base-émetteur
IC0: courant de collecteur VCE0 : tension collecteur-émetteur
II.1 Caractéristiques statiques
Les relations générales du transistor bipolaire sont : IE = IC + IB
• Lorsque le transistor est polarisé dans sa zone de conduction (VBE
≈
0,6V), on définit ß, le
gain en courant statique tel que :
B
C
I
I
β=
(de l'ordre de 50 à 1000, suivant les transistors).

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• Lorsque le transistor est bloqué (VBE<<0,6), IB = 0 et IC = 0.
• Lorsque le transistor est saturé (VBE> 0,6V), VCE
≈
0 et IC< ß IB.
On définit le point de repos (ou de fonctionnement) du transistor par le quadruplet (IB0, VBE0,
IC0, VCE0). Le zéro en indice indique qu'il s'agit du courant fixé par la polarisation.
L'allure du réseau de caractéristiques est donnée Figure 1.
IB=IB0
P0
IB
VBE
VCE0
β
IB=0
VCE
IC
VBE0
Figure 1: Réseau de caractéristiques
II.2 Exemple de schéma de polarisation (émetteur commun)
Les résistances et la source d'alimentation continue du schéma d'étude représenté à la Figure 2
sont calculées ou imposées pour obtenir le quadruplet de polarisation voulu.
I
B0
R
1
R
2
R
c
B
C
E
M
E
I
C0
I2
Figure 2 : Polarisation par pont de résistances d'un étage émetteur commun
Les relations tension-courant sont : E = RCIC0 + VCE0 et IC0 = β IB0
V 0,6 E
R R R
V
21
2
BE0
≈
+
≈
lorsque l'on choisit R1 et R2 telles que I2 >> IB0 (par exemple
I2 = 10.IB0, afin de bien fixer le potentiel VBE0).
L'allure des caractéristiques dans le plan IC=f(VCE) est représentée à la Figure 3.
On remarque que le dipôle C-E est équivalent à un générateur de courant dont la valeur ne
dépend que de
L’équation E = RCIC + VCE est caractéristique du circuit dans lequel est branché le transistor.
Elle fixe la polarisation du montage et par son intersection avec une des caractéristiques du
transistor, elle fixe également le point de fonctionnement du transistor. La droite définie par
cette équation est appelée
IB.
la droite de charge.

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V
CE
E/R
C
I
C
E
I
B
= Cste
IB0
I
C0
V
CE0
Figure 3: Réseau de caractéristiques (IC, - VCE)
III Etude en régime dynamique
III.1 Schéma équivalent petits signaux du transistor bipolaire
Pour l'étude du régime dynamique on utilisera le schéma équivalent petits signaux du transistor
donné Figure 4.
B
E
C
b
i
~
rbce
v
~
b
i
~
β
be
v
~
rce
c
Figure 4 : Schéma petits signaux du transistor
Le schéma de la Figure 4 représente le transistor en régime dynamique, c'est à dire pour des
"petites" variations de Ic, IB, VBE et VCE autour du point de fonctionnement.
Les variations seront notées
becebc
vvii ~ et
~
,
~
,
~
.
Les grandeurs réelles Ic, IB, VBE et VCE sont obtenues en appliquant le théorème de
superposition :
IB = IB0 +
b
i
~
; IC = IC0 +
c
i
~
; VCE = ICE0 +
ce
v
~
et VBE = VBE0 + be
v
~
Dans le schéma rb représente la pente de la courbe VBE = f(IB) autour du point de
fonctionnement (IB0, VBE0), et rce la pente de la caractéristique VCE=f'(Ic) au point de
fonctionnement (IC0, VCE0).
III.2 Application à l'amplificateur à émetteur commun
Afin de superposer un signal sinusoïdal à l'entrée du montage sans modifier sa polarisation, on
ajoute un condensateur de liaison Cle (voir Figure 5).
En appliquant un signal sinusoïdal, sur la base du transistor, le courant dans la base va évoluer
autour de la valeur IB0. Il s'en suit des variations sinusoïdales de IC et VCE de plus grande
amplitude, autour de leurs valeurs de polarisation.

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IB
R1
R
2
R
c
B
E
I
C
I
2
V
e
V
s
C
le
C
ls
Figure 5 : Montage amplificateur à émetteur commun
III.3 Travail de préparation
• A partir du schéma de la Figure 5, faire le schéma petits signaux du montage amplificateur
en supposant que les impédances des condensateurs Cle et Cls sont négligeables aux
fréquences de travail.
• Calculer le gain en tension du montage
e
s
v
v
G~
~
=
en fonction de rb, rce, RC, β.
III.4 Amplificateur avec résistance d'émetteur
Afin de stabiliser le point de fonctionnement vis à vis des variations de température, on ajoute
une résistance d'émetteur (voir Figure 6).
I
B
R
1
R
2
R
c
B
E
I
C
I
2
V
e
V
s
Cle
C
ls
RE
Figure 6 : Montage à émetteur commun avec résistance d'émetteur
III.5 Travail de préparation
• A partir du schéma de la Figure 6, faire le schéma petits signaux du montage amplificateur
en supposant que les impédances des condensateurs Cle et Cls sont négligeables aux
fréquences de travail. La valeur de rce est grande devant les autres résistances et sera
négligée dans le schéma.
• Calculer le gain en tension du montage
e
s
v
v
G~
~
=
en fonction de rb, RC, RE et β.

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• En supposant β
≈
100, rb de l'ordre de 1kΩ, RE=100Ω et RC=1kΩ, montrer que le gain en
tension est peu dépendant des paramètres du transistor. Comparer au gain sans résistance
d'émetteur.