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Electronique Analogique

Transistors Bipolaires à Jonction

Présenté par: Boubkar BAHANI

Année : 2019/2020

PLAN

• Introduction

• Structure du Transistor

• Fonctionnement du Transistor Bipolaire

• Caractéristiques et paramètres du Transistor

• Transistor comme Amplificateur

• Transistor comme Interrupteur

Composant électronique actif fondamental

Utilisé comme interrupteur commandé et pour l'amplification, maisaussi pour stabiliser une tension, moduler un signal ainsi que denombreuses autres utilisations.

dispositif semi-conducteur à trois électrodes actives qui permet lecontrôle grâce à une électrode d'entrée (Base) d'un courant oud'une tension sur l'une des électrodes de sorties (Collecteur ouEmetteur).

Transistor Bipolaire: Introduction

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Un transistor bipolaire comporte 3 couches de silicium disposées en

sandwich dans l’ordre PNP ou NPN

Matériau N

+

+

+

+

+

+

Matériau P

-

-

-

-

Matériau N

+

+

+

+

+

+

Création de 2 jonctions PN

Transistor Bipolaire: Introduction

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STRUCTURE DU TRANSISTOR

Transistor Bipolaire à Jonction (BJT)

3 Régions à semi-conducteurs dopés, séparées par 2 Jonctions PN.

3 Régions : Emetteur, Base et Collecteur.

a) Vue en coupe de la structure du BJT

Structure

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STRUCTURE DU TRANSISTOR

Jonction PN reliant Base et Emetteur Jonction Base-Emetteur (B-E).

Jonction PN reliant Base et Collecteur Jonction Base-Collecteur (B-C).

Fils conducteur branchés à chacune des régions E, B et C.

Remarques :- Base faiblement dopé et très étroite.

- Collecteur et Emetteur fortement dopés.

c) PNP

Représentation physique du BJT selon 2 types :

• 1° type (NPN) 2 régions N séparées par 1 région P,

• 2° type (PNP) 2 régions P séparées par 1 région N.

b) NPN

Symboles standard du transistor BJT

a) NPN b) PNP

Représentation

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FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR BIPOLAIRE

Polarisation Directe-Inverse

Fonctionnement Normal en configuration d'amplificateur d’un BJT pour NPN et PNP :

Jonction Base-Emetteur (BE) en polarisation Directe

Jonction Base-Collecteur (BC) en polarisation Inverse

Polarisation Directe-Inverse d'un transistor bipolaire

NPN PNP

Polarisation

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Montages:

Montage en base commune:

Montage en émetteur commun:

Montage en collecteur commun:

v2v1

B

Ei1 C i2

C

I2=iC

i1=iB B

E

v2=VCE

v1=VBE

E i2

v2v1

C

Bi1

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Courants du transistor

Courants du transistor (a & c- NPN, b & d- PNP)

NPN PNP

Remarque : Flèche de Emetteur pointe dans la direction du courant conventionnel.

Analyse des diagrammes (Loi de Kirchhoff) IE = IC + IB

Comme IB est infime comparé à IE ou IC IE IC

Indices en majuscules

valeurs c.c.

(IE) Courant Emetteur

(IC) Courant Collecteur

(IB) Courant Base

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Un courant IB assez faible permetl'ouverture du "robinet" (B), ce quiprovoque via l'émetteur (E) l'écoulementd'un fort courant Ic en provenance duréservoir collecteur (C).

Lorsque le "robinet" est complètementouvert, le courant Ic est maximal: il existedonc une limite physique au gain encourant.

Analogique hydraulique

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CARACTÉRISTIQUES ET PARAMÈTRES DU TRANSISTOR

Gain en courant Bêta CC (bCC)

Rapport Courant c.c. du Collecteur IC à Courant c.c. de la Base IB

Gain Bêta CC (bCC) : Gain direct en courant c.c. d’un BJT.

Rapport Courant c.c. du Collecteur IC à Courant c.c. de l’Emetteur IE

Alpha CC (CC).

Puisque IC < IE aCC < 1.

Exemple : Si IE = 100 mA et IB = 1 mA IC = 99 mA et CC = 0,99.

Valeurs typiques de CC : environ entre 20 à 200

hFE : Paramètre Hybride donné sur fiches techniques du transistor hFE = CC

Gain Alpha CC (aCC)

Valeurs typiques de CC : environ entre 0,95 à 0,99

Courants du transistor

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Relation entre CC et CC

Soit : IE = IC + IB

Divisons chaque courant par IC

Or CC = IC / IB et CC = IC / IE

Après simplification :

Plus CC est proche de 1, plus CC est élevée.


Analyse des courants et des tensions

IB : Courant c.c. de BaseIE : Courant c.c. d'EmetteurIC : Courant c.c. du Collecteur

VBE : Tension c.c. Base par rapport à EmetteurVCB : Tension c.c. Collecteur par rapport à BaseVCE : Tension c.c. Collecteur par rapport à Emetteur

VBB : Polarise en Directe la jonction B-E et VCC : Polarise en Inverse la jonction B-C.

Jonction B-E est sous polarisation Directe

Son action est semblable à celle d'une Diode

Possède une tension à ses bornes égale à la valeur de barrière de potentiel : VBE 0,7 V

Remarque : Généralement VBB < VCC.

Pour un transistor, VBE peut s'élever jusqu'à 0,9 V.

Courants et tensions de transistor

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Emetteur à la masse (0 V)

Tension VRb au bornes de RB (lois des mailles de Kirchhoff) est : VRb = VBB – VBE

Selon la Loi d'Ohm : VRb = IB . RB

En substituant les termes : IB . RB = VBB - VBE

En Isolant le terme IB :

La Tension VRc aux bornes de RC est : VRc = IC . RC

La Tension VCE du Collecteur par rapport à Emetteur, qui est à la masse, est :

VCE = VCC - IC . RC où IC = bCC . IB.

La Tension VCB aux bornes de la jonction C-B sous polarisation inverse est :

VCB = VCE - VBE car VCB = VCE + VEB

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Exemple 4-2 :

Déterminez IB, IC, IE, VBE, VCE et VCB pour le circuit à la figure ci-dessous.

Le transistor possède une valeur de CC = 150.



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Courbes caractéristiques du Collecteur

Montage de mesure :

En faisant Varier VBB et VCC

Série de Courbes démontrant comment IC varie avec VCE pour différentes valeurs de IB.

Courbes Caractéristiques du Collecteur.

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Courbes caractéristiques du Collecteur

En faisant varier VBB et VCC

Variations de VCE

Variations de ICE en fonction de VCE

b) Courbe de IC = f(VCE) pour IB = Cte

A mesure que VCC , VCE aussi à cause de IC qui (entre A et B)

IC aussi à mesure que VCC puisque VCE < 0,7 V (car Jonction B-C en polarisation directe)

c) Caractéristiques du Collecteur : IC = f(VCE) pour IB

donné (IB1 < IB2 < IB3 …).

Région de

ClaquageRégion de

Saturation

Région Active ou

Linéaire

Région de

Blocage

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Blocage

Transistor au Blocage Si IB = 0 (borne de la Base ouverte).

Blocage Jonctions BE et BC sont en polarisation Inverse.

Blocage Courant de fuite au Collecteur négligeable (ICE0 0) et VCE VCC

Blocage

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Saturation

Lorsque jonction BE passe en polarisation Directe et que

si IB alors IC également (puisque IC = CC . IB) et

VCE puisque VRc (puisque VCE = VCC - IC . RC)

Saturation

A Saturation (VCE = VCE(sat)), IC cesse de même si IB continue à .

A Saturation IC = bCC . IB NON valable mais IC = IC(sat)

VCE(Sat) est sous le genou des Caractéristiques du Collecteur

VCE(Sat) Quelques dixièmes de volt pour transistors au Si.

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Droite de Charge c.c. : droite entre points de Blocage et de Saturation.

Région active du transistor sur la droite entre les points de Blocage et de Saturation.

Droite de charge c.c. sur les courbes caractéristiques du collecteur,

illustrant les états opérationnels de Blocage et de Saturation.

Droite de Charge c.c. (Statique)

Point de Saturation

IC = IC(sat) et VCE = VCE(sat)

Point de Blocage Idéal

IC = 0 et VCE = VCC

Dissipation de puissance PD(max)

VCE . IC doit être < PD(max)

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Exemple 4-4 :

Déterminez si le transistor de la figure ci-dessous est en état de saturation. Supposer que VCE(sat) = 0,2 V.

TRANSISTOR COMME AMPLIFICATEUR

Grandeurs c.c. et c.a.

Distinction entre grandeurs c.c. ou c.a. se fait au niveau d'indice.

Exemples : IB, IC et IE : Courants c.c. VBE, VCB, VCE, VB, VC et VE : Tensions c.c.

Ib, Ic, et Ie : Courants c.a. Vbe, Vcb, Vce, Vb, Vc et Ve : Tensions c.a.

Transistor Amplifie Courant puisque : ICollecteur = IBase .

Tension c.a. Ven reliée en série à Tension c.c. de polarisation VBB et résistance de base RB.

Tension c.c. de polarisation VCC reliée au collecteur à travers résistance RC.

Amplification avec le transistor

a)Circuit avec tension c.a.

d'entrée Ven et tension de

polarisation c.c. VCC

superposées

b) Formes d'onde

Amplificateur à transistor de base.

c)Circuit équivalent c.a.

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TRANSISTOR COMME INTERRUPTEUR

a) Transistor Bloqué puisque la jonction BE non polarisée en Directe

Il existe Idéalement un Circuit Ouvert entre Collecteur et Emetteur.

b) Transistor Saturé puisque la jonction BE en polarisation Directe et que IB est suffisant pour que IC puisse

atteindre IC(sat)

Il existe Idéalement un Court-Circuit entre Collecteur et Emetteur.

En réalité on mesure une tension d'environ quelques dixièmes de volt : VCE(sat)

a) Blocage : Interrupteur ouvert b) Saturation : Interrupteur fermé

Action idéale du transistor comme interrupteur

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TRANSISTOR COMME INTERRUPTEUR

Transistor en Blocage SI jonction BE non en polarisation directe :

Tous I 0 et VCE VCC

Soit : VCE(blocage) = VCC

Comme VCE(sat) << VCC peut être négligé.

IB(min) requise Saturation est :

Remarque : Pour garder transistor en saturation : IB sensiblement > IB(min).

Conditions du blocage

Transistor Saturé SI jonction BE en polarisation directe et qu'il existe IB assez élevé IC maximal.

Lors de saturation :

Conditions de saturation

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Fin

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