2. Les transistors bipolaires

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|Cours d'électronique |
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|PARTIE N°4 : |
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| | 1. Définition 2
2. Les transistors bipolaires 2
2.1. Constitution 2
2.2. Principe de fonctionnement 3
2.3. L'effet transistor 5
2.4. Les caractéristiques statiques 5
2.4.1. Caractéristique de transfert en courant 6
2.4.2. Caractéristique de transfert en tension 6
2.4.3. Caractéristiques en entrée 6
2.4.4. Caractéristiques en sortie 7
2.4.5. Influence de la température 7
2.5. Détermination du fonctionnement d'un transistor bipolaire 8
2.5.1. Circuit de base 8
2.5.2. Circuit du collecteur 8
2.5.3. Puissance consommée 8
2.6. Résumer des formules 9
2.7. Les modes de câblage d'un transistor 9
3. Les transistors unipolaires 14
3.1. Le transistor à effet de champ 14
3.1.1. Constitution 14
3.1.2. Principe de fonctionnement 15
4. Comparaison des deux types de transistors 16
5. Page technique 17
5.1. Transistors bipolaires 17
5.2. Transistors à effet de champ 17
6. Montage d'utilisation 18 Définition
Les transistors appartiennent à deux grandes familles ayant chacune
leurs avantages et leur inconvénients.
Il s'agit de la famille des transistors de type bipolaire, qui sont
les plus anciens et encore les plus répandus, et la famille des
transistors de type unipolaire ou à effet de champ.
Les transistors bipolaires
1 Constitution
Le transistor est un élément électronique constitué à partir
d'un cristal de silicium de façon à créer trois zones de
conductibilité. On peut trouver des transistors ayant deux zones
P et une zone N (PNP) ou des transistors ayant deux zones N et
une zone P(NPN).
[pic]
Je peux donc déduire en regard au illustration ci-dessus que le
transistor est constitué de deux jonctions PN ayant des sens
passants opposés. La zone centrale appelée « base », est
comprise entre les deux jonctions. La zone « base » est mince et
moins dopée que les deux autres. Les deux autres porteront le
nom de « collecteur » et « d'émetteur ». La zone émetteur sera
la plus dopée en regard à la zone collecteur.
Noter que nous avons des conductibilités asymétriques, ce qui
interdit l'interchangeabilité des électrodes.
[pic] 2 Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement va nous permettre de découvrir ce
que l'on appelle la commutation ou encore le passage de l'état
bloqué à l'état passant.
Afin de permettre la conduction d'un transistor, plusieurs
conditions devront être vérifiées. On appelle fonctionnement
normal d'un transistor bipolaire celui pour lequel
. La jonction EB (émetteur - base) est polarisée en sens
direct.
. La jonction CB (collecteur - base) est polarisé en sens
inverse. Nous analyserons le fonctionnement pour un transistor NPN
polarisé comme l'illustre le schéma suivant.
[pic]
Noter que l'on a représenté sur le dessin ci-dessus deux diodes
qui pourraient symboliser le transistor celles-ci ayant un
fonctionnement connu.
[pic]
Lorsque la base est mise sous tension, la jonction EB est
polarisée en direct et la barrière de potentiel est abaissée
(voir la diode en sens passant). La traversée de cette jonction
par les porteurs majoritaires (les électrons) est favorisée. Les
électrons majoritaires de E (émetteur) diffusent à travers la
jonction EB polarisée en sens direct. La borne négative de la
source de tension peut, dès ce moment, injecter des électrons
dans l'émetteur. Ceux-ci peuvent facilement traverser la
barrière de potentiel de la jonction EB et arriver dans la zone
de base. Je peux donc dire que bon nombre d'électrons
traverseront la jonction EB et se retrouveront dans la zone P
(base) ou ils devraient se combiner avec les trous de cette
zone. En réalité il n'en est rien, grâce à l'énergie et à la
vitesse acquise par les électrons, jumelé à la faible épaisseur
de cette zone P la plupart des électrons vont se retrouver au
droit de la jonction BC. Dans leur trajet en zone B, nous
pouvons encore dire que quelques électrons vont se recombiner
avec les trous majoritaires de cette zone et donner ainsi le
courant de base. Je peux donc conclure qu'une partie minime des
électrons de l'émetteur seront attirés par la polarisation
positive de la base du transistor.
La jonction CB est polarisée en inverse et est donc le siège
d'un champ ED intense dirigé de C vers B. Les électrons qui vont
donc venir à proximité de la zone de transition BC vont donc
être repoussés dans la zone B. Partant sur le principe que
durant leur traversé dans les zones E et B, certains électrons
parviennent à emmagasiner suffisamment d'énergie que pour
franchir cette barrière électrostatique, ils vont alors se
retrouver dans la zone de transition, et modifier de par leur
capture par l'un ou l'autre ion positif la valeur de la
différence de potentiel de cette jonction avant de se retrouver
dans la zone C. Comme le champ électrostatique est lié à cette
différence de potentiel, je peux déduire que le champ aussi va
diminuer. Si ce dernier diminue, je peux supposer qu'un électron
ayant un petit peu moins d'énergie va à ce moment parvenir lui
aussi à pénétrer dans la zone de transition et à son tour
affaiblir cette dernière. On peut donc raisonnablement dire que
de proche en proche, nous allons avoir ce que l'on appelle un
effet d'avalanche qui aura pour effet d'effondrer la barrière de
potentiel de la jonction BC et de rendre celle-ci passante. Les
électrons en arrivant dans la zone C seront captés par la borne
positive de la source de tension.
Dès ce moment, le courant va circuler librement dans le semi
conducteur du collecteur vers l'émetteur On peut donc considérer
que ce sont les électrons provenant de UB qui lors de leur
passage dans l'émetteur, entraînent les électrons libres de ce
dernier et les amènent jusqu'au collecteur. L'émetteur fait
alors appel à la borne négative de UC pour compenser ces
électrons qui constituent, en réalité, le courant de collecteur.
Illustrons le déplacement des électrons et du courant.
[pic]
Je peux écrire que IE=IB + IC. 3 L'effet transistor
Du fonctionnement ci-dessus je peux tirer que le courant sera
plus faible au niveau de la base qu'au niveau du collecteur.
Nous appelons ce phénomène « l'effet transistor ». Nous savons
que la recombinaison des électrons dans la base est l'image du
courant de base et que ce dernier est fonction des
caractéristiques propres du transistor. Je peux donc dire que ce
courant est constant dans une situation donnée. Dès lors je peux
dire que le rapport IB/IE est aussi une constante et également
de rapport IB/IC.
Nous appellerons le rapport inverse IC/IB le gain en courant ou
l'amplification statique. [pic].
Cette relation nous dit qu'en injectant un courant IB très
faible dans la base, on peut « commander » un courant de
collecteur IC beaucoup plus intense.
4 Les caractér