TRANSISTOR BIPOLAIRE

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LE TRANSISTOR BIPOLAIRE

Pré requis : cours sur la diode / semi-conducteurs

I. GENERALITES


Inventé en 1948, le transistor bipolaire est un monocristal semi-conducteur dans lequel il existe des jonctions PN très proches l’une de l’autre ; le transistor contrôle le déplacement de charges électriques à travers les jonctions.

Le transistor est composé de trois couches de silicium différemment dopées. Une couche peut être dopée positivement (P) ou négativement (N). Il existe deux types de transistors: des NPN et les PNP. C'est à dire que l'enchaînement de couches est inversé.


principe d'un PNP

Chaque patte du transistor est reliée à une de ces couches : un émetteur et un collecteur, le contrôle étant assuré par une troisième électrode appelée base.


symboles NPN et PNP

PNP                                        NPN

II. L’EFFET TRANSISTOR

Appuyons-nous sur l’exemple du transistor NPN (le plus utilisé) ; dans le fonctionnement normal de ce transistor, la jonction émetteur/base JEB est polarisée en sens direct, et la jonction collecteur/base JCB en sens inverse :

effet transistor

  • La jonction  JEB étant polarisée en direct, il existe un courant d’émetteur IE.
  • Si la couche P est suffisamment mince, les électrons qui arrivent de l’émetteur vont être propulsés dans le collecteur, sous l’effet du champ électrique de la zone de déplétion de la jonction JEC . Il apparaît donc un courant collecteur IC , alors que cette jonction est polarisée en inverse !

C’est ce que l’on appelle « l’effet transistor », contraction de « transfert » et « resistor », tout se passant comme si le courant devait traverser une forte résistance RBC, correspondant à une diode polarisée en inverse.

  • Le courant de base est faible (de l’ordre de 1% du courant émetteur), ce qui implique un courant collecteur quasiment identique au courant émetteur
  • Tous ces courants sont proportionnels, de sorte que IC = β.IB ; le coefficient β dépend de la nature du transistor (20 < β < 1000)

Conclusion : Pour qu'un courant Ic circule dans le transistor, il faut le « polariser » de façon à lui fournir un courant de base IB, qui permet par ailleurs de contrôler ce courant collecteur…


III. MONTAGES

D'une façon générale, on peut distinguer deux grands types de fonctionnement des transistors :

III.1/ fonctionnement en régime linéaire

Il est utilisé lorsqu'il s'agit d'amplifier des signaux provenant d'une source (microphone, antenne...). La première étape consiste à polariser le transistor.

Plusieurs montages existent, dont 3 montages de base :

· La polarisation fixe

· La polarisation par résistance collecteur-base

· La polarisation par pont de base

Le dernier est celui qui permet la meilleure stabilisation en température, et donc celui que nous développerons ici :

transistor en commutation

La tension entre la base et la masse VBM fluctue très peu si le courant de base est très faible par rapport au courant I1 ; on peut en effet considérer que nous avons un pont diviseur de tension nous permettant d’écrire que VBM=R2/(R1+R2).E = constante

D’autre part :

IE = -VEM/RE avec VEM = VBM – VBE (et VBE = 0,7V)

D’où IE = -( R2/(R1+R2).E-0,7)/RE = constante

Conclusion : en imposant le potentiel de la base, on impose le potentiel de l’émetteur et par la même les courants émetteur et collecteur (sensiblement égaux), indépendamment du β du transistor.


Fonctionnement en régime variable :

L’étude dynamique sort du cadre de notre programme, mais retenons qu’aux tensions continues servant à polariser le transistor, on peut superposer des tensions variables ;

On attaque la base par un signal variable qui va provoquer des variations de iB, variations que l’on retrouve amplifiées en sortie du transistor (iC et iE). L’énergie nécessaire à l’amplification est apportée par le générateur continu servant à la polarisation.


III.2/ fonctionnement en commutation

Le transistor commute entre deux états, l'état bloqué (Ic est nul) et l'état saturé (Vce faible). Le transistor se comporte ici comme un interrupteur électronique.

polarisation par pont de base

Le courant IC est fixé par la valeur de VCC, de RC et par la valeur de VCE que l'utilisateur désire.

Exemple 1 :

· On désire un courant dans le collecteur IC= 10 mA en régime saturé

· On dispose d'une source de tension VCC = 12 V.

La loi d’Ohm appliquée à la résistance RC donne RC = (VCC-VCE)/Ic

En régime saturé, la tension VCE est faible, presque nulle ; on utilise la valeur donnée par le constructeur VCE(sat)

L'application numérique donne : RC = 1170 Ohms pour VCE(sat) =0,3V

Lorsque le transistor est bloqué : le courant IC =0.

Alors la tension VCE est sensiblement égale à VCC.

Le circuit de commande :

La jonction Base - Emetteur est passante lorsque la tension VBE est supérieure à la tension de seuil de la diode (VBE > 0,7V pour un transistor au silicium à 0,4 Volts pour un transistor a l'Arséniure de gallium.).

Dans ces conditions il y a présence d'un courant IB, et donc d’un courant collecteur.

La jonction Base - Emetteur est considérée bloquée si la tension VBE est inférieure à cette tension de seuil.

Le courant IB est fixé par la valeur de Vcmde, de Rb et par la valeur de VBE qui est propre au transistor utilisé et qui vaut 0,7 Volts pour les transistors au Silicium qui sont utilisés couramment.

Exemple 2 :

On désire un courant dans la Base IB = 100 µA. On dispose d'une source de tension Vcmde = 5 V.

Le calcul de la résistance Rb donne Rb = (Vcmde-VBE)/ IB = 44 kOhms

Pour un transistor dont β = 100 , on aura alors IC= β IB = 10 mA, correspondant au courant de régime saturé calculé à l’exemple 1.

 

IV. BROCHAGE

Il est nécessaire de savoir repérer nos 3 pattes pour la réalisation pratique ; les constructeurs présentent en général une vue de dessous ; voici quelques exemples de transistors :

 

Boîtier

Apparence

Exemples de transistors

Photo

 

TO92-E

 

TO92-H

 

TO92-K


brochage

 

BF198..9, BF240..1, BF254..5, BF440..1, BF494..5


BC237, BC347,  BC547

to92

 

 

TO18

brochage2

 

BC107..9, BC177..9, BC377..8, BF120, 2N914, 2N2222, 2N2906..7

to18

 

 

 

 

TO66

 

 

brochage3

 

AD161, BDX14, BU103, BUX59, 2N3054, 2N5050, 2N6077

to66

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Mise à jour le Mardi, 22 Décembre 2009 10:00  

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