Les transistors bipolaires Electronique générale 1ère année J. BRESSON

Sommaire Généralités Le transistor polarisé en Base Commune Le transistor polarisé en Emetteur Commun Amplification linéaire Commutation tout ou rien La polarisation du transistor Les paramètres hybrides Montage Emetteur commun – Re découplée Schémas équivalents Schéma équivalent en alternatif Montage Emetteur commun – Re non découplée Montage Collecteur commun Résumé des montages

1- Généralités La juxtaposition de 3 zones de semi-conducteurs de types différents (NPN, PNP) conduit au transistor (de l’anglais transfert resistor) à jonctions dans lequel interviennent les deux types de porteurs d’où l’appellation de transistor bipolaire. Lors de la fabrication : L’Emetteur est fortement dopé. Il injecte des électrons dans la base. La Base est légèrement dopée et très mince. Le Collecteur est moyennement dopé. Il collecte les électrons venant de la base. Le collecteur est la région la plus vaste pour évacuer le plus possible la chaleur. Cette différence de dopage de l’Emetteur et du Collecteur par rapport à la Base accentue l’étroitesse de la Base après diffusion.

2- Le transistor polarisé en Base Commune Jonction BE en direct Jonction BC en inverse Malgré le fait que la jonction BC soit en inverse, on observe un courant Ic important, c’est l’effet transistor. Effet transistor : Si on aug. Vbe au-delà de la barrière de potentiel, on diminue cette dernière  injection de nb. électrons depuis de l’Emetteur vers le Collecteur. Ces électrons peuvent : se recombiner dans la Base  courant Ib très faible de recombinaison (entre 1 à 5% des électrons) traverser la jonction BC : du fait de l’étroitesse de la Base, les électrons de majoritaires dans E se retrouve minoritaire dans B et sont « poussés » par le champ intense de la jonction BC (entre 95 à 99%)  Ic

2- Le transistor polarisé en Base Commune Relations fondamentales : Soit : En posant : La tension directe Vbe contrôle l’injection des électrons dans la Base c-à-d le courant Ic (Vbe aug.  Ic aug.). La tension inverse Vcb à peu d’effet sur le nombre d’électrons attirés par le collecteur. Lorsque Ie=0 alors Ic=Icbo courant inverse de la jonction BC

3- Le transistor polarisé en Emetteur Commun En posant : 2.1- Caractéristique de transfert Ic=f(Ib) à Vce=Cte Gain en courant du transistor : 2.2- Caractéristique d’entrée Ib=f(Vbe) à Vce=Cte C’est la caractéristique d’une diode en direct. Si on augmente Vce, la base diminue donc Ib diminue légèrement. La résistance d’entrée :

3- Le transistor polarisé en Emetteur Commun 2.3- Caractéristique de sortie Ic=f(Vce) à Ib=Cte Le courant Ic dépend directement de Ib mais peu de Vce. Lorsque Vce augmente la Base diminue, le courant Ib diminue et donc Ic augmente légèrement. Au-delà d’une tension Vcemax, il y a rupture de la jonction. Conductance de sortie (très faible) alors que la résistance de sortie est grande

3 - Deux types de fonctionnement 4.1- En amplification linéaire Analogie hydraulique Pentrée faible Psortie élevée 4.2 - En commutation – tout ou rien Analogie électrique

4- La polarisation du transistor 3.1- Objectif Les caractéristiques du transistor sont fonction de la température. D’autre part ces caractéristiques présentent des non-linéarités qui entraînent des distorsions. Pour éviter cela, on superpose au signal alternatif une composante continue ou polarisation qui fixe le point de repos sur des portions linéaires des caractéristiques. 3.2 – Polarisation par résistance de Base Instable en T° Si T° Ib  Ic  saturation Avec stabilisation en T° par Re Si T° Ib  Ic  VRe  Vbe Ib 

4- La polarisation du transistor 3.3- Polarisation par réaction de Collecteur Si T° Ib  Ic  VRc  VRb Ib  Donc stabilisation en T° 3.4- Polarisation par pont diviseur Si le courant de pont (R1,R2 faible devant Re) est très supérieur au courant Ib, la tension de Base est fixe donc Ib constant. Re stabilise le transistor en température.

5- Les paramètres hybrides Au voisinage du point de repos on remplace les caractéristiques par leurs tangentes en ce point. Ceci suppose que : la polarisation est stable les variations des grandeurs autour du point de repos sont faibles. Ainsi le quadripôle peut être remplacé par son schéma équivalent :

6- Montage Emetteur commun – Re découplée Les points de repos sont placés sur des parties linéaires des caractéristiques grâce à la polarisation. On applique sur la Base un signal variable  ib autour de Ib ic autour de Ic  variation du potentiel de Collecteur  Vs

+ 6 - Schémas équivalents D’après le théorème de superposition, il est possible de découpler l’étude du régime continu (polarisation) du régime variable (amplification) En régime variable, les capacités de fortes valeurs peuvent être remplacés par des court-circuits et le générateur de tension continue E par sa résistance interne (c-à-d un CC) En régime continu, les capacités de fortes valeurs peuvent être remplacés par des circuits ouverts Schéma en régime variable Schéma en régime continu +

6 - Schéma équivalent en alternatif Schéma en régime variable Schéma équi. en alternatif (ss charge) 6.1 – Gain en tension 6.2 – Gain en courant Montage inverseur 6.3 – Impédance d’entrée 6.4 – Impédance de sortie

7- Montage Emetteur commun – Re non découplée 7.1 – Gain en courant 7.2 – Gain en tension Gain indépendant du transistor Soit : 7.3 – Impédance d’entrée 7.4 – Impédance d’entrée

8 - Montage Collecteur commun 8.1 – Gain en tension 8.3 – Impédance de sortie Soit : Avec : 8.2 – Impédance d’entrée Montage à gain unitaire ou montage suiveur

9- Résumé des montages Emetteur Commun Emetteur Commun Collecteur Commun Re découplée Re non découplée Gain en courant Gain en tension Gain unitaire suiveur Gain indépendant du transistor Inverseur Impédance d’entrée En //R1//R2 Résistance d’entrée grande Impédance de sortie Résistance de sortie faible

9- Résumé des montages Emetteur Commun Emetteur Commun Collecteur Commun Re découplée Re non découplée Utilisation des montages : Emetteur commun utilisé en amplification Re découplée  grand gain Re non découplée  gain stable donc interchangeabilité du transistor Collecteur commun utilisé en adaptation d’impédance (Ze>> et Zs<<) Base commune utilisé en hautes fréquences (peu utilisé) Type de montage : repérer les connexions d’entrée et de sortie, la troisième qui peut ne pas être à la masse, donne le type de montage.

QCM Fin du diaporama