diodes et transistors

7/25/2019 Diodes Et Transistors

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1 .1 - P r i n c ip e

La diode est un composant semi-conducteur composede deux jonctions de dopage oppos.

Une jonction PN ne peut tre conductrice que dans un seul sens. Unediffrence de potentiel positive applique entre K et A ne fera dplacer quetrs peu dlectrons.

1 LA DIODE

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1 . 2 - Ca r a c tr i s t i q u e s

La diode possde 2 rgimes de fonctionnement :

Si VD Vfet ID > 0 alors la diode est passante.

Tension inversemaximale ne pasdpasser, risque declaquage de la diode.

Courant direct maximal ne pas dpasser,risque de destruction dela diode.

Tension de seuil0,7V pour une diodesilicium

1 LA DIODE



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1 LA DIODE1 . 2 - Ca r a c tr i s t i q u e s

Tensions maximales eninverse

Courant directmaximal

Puissancemaximale

tempratures

Tensions directes

Courants inverses

Caractristiquesdynamiques



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1 LA DIODE1 . 2 - Ca r a c tr i s t i q u e s

q Modles de la diode

q Applications conversion dnergie (redresseur, hacheur, onduleur, etc),dmodulation, commutation



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1 LA DIODE1 . 3 D i o d e s p a r t i c u l ir e s

1.3.1 - Diode Schottky

Dans les diodes Schottky, la jonction P-N estremplace par lajonction dun mtal (anode)avec un semi-conducteur peu dop de type N(cathode).

q Intrt de la diode Schottky :Elle a une tension de seuil plus faible (VF # 0,3V).Son temps de recouvrement inverse est trs faible.

q Applications

Lorsque le temps de commutation de la diode est critique Lorsque la tension de seuil doit tre faible.

q Critres de choix

Frquence dutilisation importante (faible recouvrement)

Chute de tension directe



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1 LA DIODE1 . 3 D i o d e s p a r t i c u l ir e s

1.3.1 - Diode Zner

Dans le sens direct diode classique.Dans le sens inverse VdVz lorsque IZ>0.

q Utilisation :

rfrence de tension crtage de tension alimentation continue defaible puissance

q Critres de choix :

la tension stabiliser (Vz) le courant maximaldevant traverser la diode(Iz) la puissance dissipe parla diode (Pz)



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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 1 T r a n s is t o r b i p o l a i r e j o n c t i o n

2.1.1 - DescriptionLe transistor bipolaire jonctions est un dispositif semi-conducteur constitude trois couches dopages alterns et existent en deux polarits :

q NPNouq PNP.

Transistor NPN

np

n

EmetteurBase

Collecteur

B

C

E

pn

p

EmetteurBase

Collecteur

B

E

C

Transistor PNP

Le sens de la flche sur lmetteur indique le sens du courant.

La flche est toujours tourne vers la zone N.



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2.1.1 - Description

q Effet transistor :

Cas du NPN (pour le PNP inverser le sens des courants, tensions et champs)

Sans polarisation de la base :

La jonction Base-Collecteurest en inverse :Le transistor est bloqu. n p n

E B C

VCE

E

ICB0

Courant

de fuite

inverse



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2.1.1 - Description


Cas du NPN (pour le PNP inverser le sens des courants, tensions et champs)

Avec polarisation de la base :

La jonction Base-Emetteurest en direct :

Des e- peuvent passerde lmetteur fortementdop la base : courant Ine

n p nE B C

VCE

E

VBE

IE IC

IB

e-

Ine

ICB0e-

Inc

Dans la base faiblementdope et troite, peu de- se

recombinent.

La majorit des e- atteignent la jonction Base-Collecteur o ils sontacclrs par le champ E. Ils passent dans le collecteur : courant Inc



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2.1.1 - Description


Effet transistor : < 1ne

nc

I

I=

qRelation entre les courants :

On a : IC Inc =IE on nglige ICB0et : IE = IC + IB

Do : IC =(IC + IB) donc : BC II

=1

On pose : IC = IB

est voisin de 1 donc est grand (de 20 600)

=

1

n p n

VCE

VBE

IE IC

IB

Ine ICB0

Inc

donc :



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2.1.2 Caractristique du transistor bipolaire jonction

IB

VBE

VCE

VCC

IC

Rc

Cas du transistor NPN

Pour un transistor PNP, lescaractristiques sont identiques si lonchange les signes des courants et des

tensions.



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2.1.2 Caractristique du transistor bipolaire jonction

IB

VBE

VCE

VCC

IC

RcCas du transistor NPN

H21ou

HFE

IC max

Pmax

VCE maxIB

VCE

IC

IB

VBE

h11

h22

VCE sat

Caractristique detransfert

en courant :

IC IB

Zone desaturation

Caractristiquede sortie

Caractristique dentre

Zone linaireVCE > VCE sat

Le courant IC estquasi constant

IC =



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2.1.3 Modle quivalent du transistor bipolaire

Deux types de modles du transistor bipolaire en fonction du type de signaux ou dufonctionnement tudi :

q Le modle dordre 0 ou modle statique, fonctionnements en continu. Ce

modle permettra ltude de la polarisation du transistor ou son fonctionnementlors de commutations

q Le modle dordre 1 ou modle dynamique permettra dtudier lefonctionnement du transistor lors de rgime variables petits signaux faiblefrquence.

Pour tudier ces modles de transistors, nous utiliserons le transistor de type NPN.

Les explications sont directement transposables au type PNP en changeant le sens des courants ettensions dans le schma quivalent.



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2.1.3 Modle quivalent du transistor bipolaire2.1.3.1 - Modle dordre 0 : calcul de la polarisation.

Courbe IB = f(VBE) assimil une droite :VBE 0,6V transistor en fonctionnement linaireVBE 0,7V transistor saturVBE < 0.5V transistor bloqu

E0

IB

VBE VCE

IC = IBB C

E

En entre :La jonction base-metteur est quivalente une diode passante. On peut lamodliser par sa tension de seuil E0

E0 = 0,6V en amplificationE0 = 0,7V en commutation

En sortie :IC = IB hors saturation(= HFE donne constructeur)



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2.1.3 Modle quivalent du transistor bipolaire2.1.3.1 - Modle dordre 1 : Petits signaux autourdu point de repos.

On assimile la caractristique dentre IB =f(VBE) sa tangente au point de repos :

IB

VBE

IB0

VBE0

Tangente de

pente 1/rbe

vbe vce

ic = ibB C

E

rbe

q En entre :

Rsistance rbe. La tension de seuil nest pas prise en compte, elledj t prise en compte lors de la polarisation.

q En sortie :

ic = ib hors saturation, donne constructeur hfe HFE = h11e

ib

CII

mV

I

Vr

BBB

Tbe

=== 2540

125

000

= 1)

V

Vexp(II

T

BESB



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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 2 T r a n s i s t o r J FET

2.1.3 Description et caractristiquesq Transistor unipolaire : courant li un seul type de porteur

canal N lectrons, canal P trousq Transistor appauvrissement : naturellement passant, est bloqu par

une tension applique sur la grille

q JFET canal N :

Canal N

P

P

Source Drain

Grille (Gate)

G

D

S

VGS

VDS

ID

q JFET canal P :

Canal P

N

N

Source Drain

Grille (Gate)

G

D

S

VGS

VDS

ID



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2.1.3 Description et caractristiques

ID

VDSVGS


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2.1.4 Modle quivalent

Id=gmVGS

VdsVgs Rds

G

S

D

Entre dimpdance

infinie en statiqueModlis par uncircuit ouvert.

=

GSoff

GS

V

Vgmgm 10

Rsistance de sortietrs grande. Peut tre

nglige.

Source de courant lie VGS



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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 3 T r a n s i s t o r MOSFET M e t a l O x y d e S e m i co n d u c t o r Fi e l d E f f e ct T r an s is t o r

2.3.1 Caractristiques

Il existe quatre types de transistors MOSFET : selon le mode de construction, ils sont appauvrissement ou enrichissement, chacun pouvant tre de type N ou P.La flche indique le type (N ou P).

D

S

G

ID

VGSVTH

MOSFET canal N enrichissement

VDS

ID

(VGS)

2V

4V

6V

D

S

G

ID

VGSVTH

MOSFET canal P enrichissement

VDS

ID

(VGS)

-2V

4V

-6V

D

S

G

ID

VGSVTH

MOSFET canal N appauvrissement

VDS

ID

(VGS)

0

D

S

G

ID

VGSVTH

MOSFET canal P appauvrissement

VDS

ID

(VGS)

>0

0


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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 3 T r a n s i s t o r MOSFET Mt a l O x y d e S em i c o n d u c t o r F ie l d Ef f e c t T r a n s i s t o r

2.3.3 MOSFET canal N enrichissement (enhancement)

N N

Substrat P

Grille

Source Drain

oxyde SiO2

G

ID

D

S

VDS

VGS

ID

VDSVGS 0

VGS = 4V

VGS = 3V

VGS = 2V

VGS = 1V

ID

0VTH

Lieu des points tels que : VDS = VGSVTH

VGS=0 : aucun canal entre drain etsource n'existe, ID=0 : le transistorest bloqu.

-------------------------------

0


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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 3 T r a n s i s t o r MOSFET Mt a l O x y d e S em i c o n d u c t o r F ie l d Ef f e c t T r a n s i s t o r

2.3.4 Modle quivalent du MOSFET canal N

Entre dimpdanceinfinie en statiqueModlis par uncircuit ouvert, endynamique onrajoute une capacitCgs

Rsistance de sortietrs grande. Peut tre

nglige.

Source de courant lie VGS

ID = K (VGSVTH)2

VdsVgs Rds

G

S

D

Cgs

ID = K (VGS VTH)2



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3 POLARISATION DES TRANSISTORS

3 . 1 Nces s i tde l a p o l a r i s a t i o n d u t r a n s i s t o rp o u r l e f o n ct i o n n e m e n t a m p l i f i ca t e u r

Les transistors sont des lments :

q unidirectionnels,

q non linaires.

Les transistors seuls ne peuvent donc pas amplifier des signaux alternatifs.

Solution :

q Polariser le transistoravec une tensioncontinue.q Travailler en petitssignaux autour de cepoint de polarisation.

Vpol

ve

IB0+ib

VCE0+vce

ID0+id

Vpol

ve

VCE0

vce

VBE

VCE



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3 POLARISATION DES TRANSISTORS

3 . 1 Nces s i tde l a p o l a r i s a t i o n d u t r a n s i s t o rp o u r l e f o n ct i o n n e m e n t a m p l i f i ca t e u r

IB0

IC0

VCE0

VBE0Ve0

RB

RC

B

E

C Vcc IC

VCE

Polarisation classe AVCC/RC

VCC

Droite de charge

VCE=VCC-RCIC



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3 POLARISATION DES TRANSISTORS3 . 2 Po l a r is a t i o n d u t r a n s i s t o r b i p o l a i r e

IB0

IC0

VCE0

VBE0Ve0

RB

RC

B

E

C Vcc

Ve0

IB0

IC0

VCE0

VBE0

RB

RC

B

E

C Vcc

RE

Polarisation avec contre ractionpar rsistance dmetteur :

Permet de stabiliser le

point de polarisation.

q Polarisation par source de tension

Le point de polarisation est rgl enchoisissant RB, RC et Ve0.

Inconvnient :

Le point de polarisation esttrs dpendant de

RC

R1

R2

RE

0V

IC0

IB0

VCC



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3 POLARISATION DES TRANSISTORS3 . 2 Po l a r is a t i o n d u t r a n s i s t o r b i p o l a i r e

q Polarisation par source de courant

IB0

IC0

RB

RC

B

E

CVcc

IE0

Le courant dmetteur est impos par une sourcede courant qui fixe le courant IE0. Par voie deconsquence cela impose IB0, VBE0 et VCE0.

Avantage : Le point de polarisation ne dpend pasde .

R

RP

I0

RC

I0

-VCC

RB

0V

IC

E0E0



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3 POLARISATION DES TRANSISTORS3 . 3 P o la r i s a t i o n d u t r a n s is t o r J FET

VCC

RD

RG0V

ID

VDS

-Vpol

q Polarisation par une tension ngative

Vpol rgle la valeur de VGS donc celle de ID car

RD rgle la valeur de VDS.

Inconvnient : ncessite une tension ngative.

2

1

=

GSOFF

GSDSSD

V

VII

RD

VCC

RG RS

0V

ID

VGS

VDS

q Polarisation automatique

VRS

Le courant dans la grille est nul donc VGS = -VRSOn applique une tension ngative sur la grille.

Le point de polarisation dpend de RS et RD.



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3 POLARISATION DES TRANSISTORS3 . 3 P o la r i s a t i o n d u t r a n s is t o r J FET

q Polarisation par source de tension

RD

+VCC

RG

RS

ID

I0

-VCC

I0

T2

T1

La source de courant fixe ID,RD fixe VDS.



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4 COMMUTATION FAIBLE PUISSANCE A TRANSISTORS.3 . 3 T r a n s is t o r s b i p o l a i r e s .

IB

IC

VCE

VBEVe

RB

RC

B

E

C

0V

Vcc

Pour raliser la commutation, on utilise ce montage :

Etat bloqu : IB = 0 le transistor secomporte comme un interrupteur ouvert

IC = 0, VCE = VCC

Etat satur : On applique un courant IBsuffisant, le transistor se comporte commeun interrupteur ferm

VCE 0, IC = VCC/RC

VCE

VCE MAX

IC

VCESAT

ICMAX

OFF

ONEtatbloqu

Etatsaturou

passantPour tre satur il faut que :

IB IC/



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q Coefficient de saturation.

Pour saturer le transistor il faut que : IBsat ICsat/

Or varie dans des proportions importantes dun transistor un autre(mme sils sont du mme type, de 100 300 pour un 2N2222).

Pour tre sur de saturer le transistor il faut que

IBsat ICsat/min

De plus, pour tre certain de saturer le transistor, on applique en plus uncoefficient de saturation not ks et on choisi IBsat tel que :

IBsat = ks ICsat/min

Ks est compris entre 1 et 10



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q Temps de commutation

td : delay time ou temps de retard,dpend entre autres de la tension debloquage

td

tr : rise time ou temps de monte

tr

On donnelordre autransistorde devenirpassant

On donne lordre autransistor de sebloquer

ts : storage time ou temps dedsaturation. Temps le plus long de lacommutation. Dpend des chargesexcdentaires dans la base et de lafaon de les vacuer.

ts

tf: fall time ou temps de descente

tf

On dfinit le temps de fermeture :ton td + tr

et le temps d'ouverture :toff = ts + tf



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t

Vce, Ic

VccICM

ton toff

T=1/F

q A ltat bloqu il ny a pas de pertes dans le transistor car IC = 0

q A ltat satur il y trs peu de pertes dans le transistor car 0,1

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