Transistor Bipolaire

La jonction base - émetteur est polarisée en direct. Des trous sont injectés de la base vers

l'émetteur alors que des électrons passent de l'émetteur vers la base. Cette diffusion donne

naissance à un courant IE. Ce courant est essentiellement dû aux électrons injectés de l'émetteur

(plus dopé que la base). D'autre part, on a : CB

V

=

V

CC

−

V

BE

≈

V

CC

est positive, donc, la jonction

base - collecteur est polarisée en inverse.

Par construction, le collecteur capte un nombre d'électrons (courant IC) beaucoup plus

important que la base. Le courant de base,

≈

I

B

B

E

R

B

, est indépendant du transistor. Il est

nécessaire pour maintenir la concentration de trous dans la base.

Conclusion : L'effet transistor consiste à contrôler, à l'aide du courant de base IB, relativement

faible, un courant de collecteur IC, beaucoup plus important.

 Mise en équation :

Considérons le schéma de la figure IV-5. La jonction base-collecteur est polarisée en inverse.

La jonction base-émetteur est polarisée en direct.

CHELBI Hassen

53

ISET Nabeul

IC

VCB

IB

IE

EB

RB

Figure IV-5

Le courant IC résulte :

• du courant de fuite en base commune ICOB qui intervient sur le schéma de la figure IV-2

• du courant α IE provenant des électrons injectés par l'émetteur, 0,9

α

 

0,995

soit,

Et

De ces deux équations, on tire :

Que l'on écrit sous la forme :

I

C

+

Iα=

I

E

0

C B

I

E

=

I

C

+

I

B

=

I

C

α

−

α

1

+

I

B

I

1

0

C B

−

α

I

C

+

Iβ=

I

B

0

C E

Avec :

β

=

1

α

−

α

: c'est le gain en courant en émetteur commun

I

COE

=

I

1

0

C B

−

α

: C'est le courant de fuite en émetteur commun.

2.3. Caractéristiques du transistor :

Pour caractériser complètement le fonctionnement d'un transistor, il faut déterminer six

grandeurs : IC, IB, IC, ICE, VBE et VBC .

CHELBI Hassen

54

ISET Nabeul

On considère le transistor comme un quadripôle dont une électrode est commune à l'entrée et

la sortie. Trois montages sont donc à envisager :

• base commune utilisé en haute fréquence,

• collecteur commun utilisé en adaptation d'impédance,

• émetteur commun utilisé en amplification et le plus commun.

Le montage émetteur commun (figure IV-6) :

Les bornes d'entrée du tri pôle sont la base et l'émetteur; les grandeurs d'entrée sont : IB et VBE.

La sortie se fait entre le collecteur et l'émetteur; les grandeurs correspondantes sont IC et VCE.

Figure IV-6

2.3.1. Montage pour le relevé des caractéristiques:

Pour procédé au relevé des caractéristiques on utilise le montage ci-dessous (figure IV-7) . Les

paramètres d'entrée IB et VBE sont maintenus constants et on mesure IC lorsque VCE varie.

Figure IV-7

CHELBI Hassen

55

2.3.2. Réseaux de caractéristiques :

On étudie un transistor au silicium de faible puissance. Pour les transistors au silicium la

tension de seuil de la jonction base-émetteur est voisine de 0,7V.

ISET Nabeul

 Réseau de sortie

C'est le réseau

I

=

C

(

F V

CE

)

à BI

=

Cte

. Dans ce réseau on distingue trois zones :

• VCE: faible (inférieure à 0,7V), la jonction base - collecteur est polarisée en directe. Le

courant IC varie linéairement avec VCE.

• VCE : grand, il y a claquage inverse de la jonction et croissance du courant par avalanche.

Selon les transistors la tension de claquage varie de 30V à 250V.

• VCE

intermédiaires,

le

courant

collecteur

est

donné

par

la

relation :

I

β=

I

B

+

I

C

0

C E

+

kV

CE

Il y a une légère croissance de IC avec VCE. En pratique on utilise la relation simplifiée :

I

C

Iβ=

B

β est le gain en courant du transistor. Suivant le type des transistors et les conditions de

fabrication, sa valeur varie entre 20 et 500. Le gain varie avec le courant collecteur, la tension

CEV , et la température (terme ICEO ).

IB, étant β fois plus faible que Ic. On peut considérer que la puissance dissipée dans le

transistor est :

P = VCE.IC

 Réseau de transfert en courant :

C'est le réseau IC = f(IB) 0 à VCE =Cte . La courbe est linéaire et passe par le point IB =0 et

ICEO. C'est la courbe représentative de 1'equation :

I

C

+

Iβ=

I

B

0

C E

CHELBI Hassen

56

ISET Nabeul

Figure IV-8

 Réseau d'entrée :

C'est le réseau IB = f(VBE) à VCE =Cte . Dés que

≥

CEV

0, 7

V

, toutes les courbes sont

pratiquement confondues. La courbe est identique à la caractéristique d'une diode (jonction base-

émetteur). Pour un transistor au silicium VBE varie très peu et reste voisin de la tension seuil de la

jonction base-émetteur, soit 0,7V.

 Réseau de transfert en tension :

C'est le réseau VBE = f(VCE) à IB = Cte. On constate que les variations de la tension de sortie

sont sans effet sur la tension d'entrée.

CHELBI Hassen

57

2.3.3. Régimes de fonctionnement du transistor :

Considérons le schéma de la figure IV-9

ISET Nabeul

Figure IV-9

Nous allons chercher à déterminer la valeur du courant IC et de la tension VCE en fonction des

éléments du montage. Nous disposons de deux équations :

• l’une provenant du transistor, donnée par le réseau de caractéristiques IC = f(VCE) à IB =Cte

• 1'autre résultant de la loi des mailles :

=

E R I

C C

+

V

CE

La droite représentative de cette équation est appelée droite de charge statique. Traçons cette

droite dans le système d' axes IC = f (VCE ). Figure IV-10.

Figure IV-10

CHELBI Hassen

58

ISET Nabeul

Les valeurs de IC et de VCE sont les coordonnées du point d'intersection de la droite de charge

statique et de la caractéristique IC = f(VCE) correspondant à la valeur de IB imposée par le réseau

d'entré.

Nous distinguons trois positions remarquables correspondant à trois fonctionnement

particulier du transistor :

-

le point A dans la partie linéaire et horizontale des caractéristiques. Ce point correspond à

un fonctionnement linéaire en amplification.

• Le point S dans la partie montante des caractéristiques. Le transistor est saturé.

CEV ≈

0

(quelques dixièmes de volt). Toute augmentation de IB est pratiquement sans effet sur la

valeur de IC. Le transistor se comporte, entre collecteur et émetteur, comme un

interrupteur fermé. On note : CE

V

V≈

CEsat

-

Le point B pratiquement sur 1'axe des VCE. IC est très faible. Le transistor est bloqué. II se

comporte, entre collecteur et émetteur, comme un interrupteur ouvert.

 Détermination de la condition de saturation :

Idéalisons la caractéristique IC = f(VCE), correspondant à un courant IB comme indiqué à la

figure IV-11. Le courant de base est fixe par le réseau d'entrée.

Figure IV-11

Pour que le transistor soit saturé (point de fonctionnement en S), il faut que son courant de

collecteur IC soit inférieur à

BIβ , soit : C

I

Iβ

B

CHELBI Hassen

59

Exemple :

ISET Nabeul

Figure IV-12

Calculons les éléments du dispositif de la figure IV-12 afin d'obtenir la saturation du

transistor. Nous supposons que la tension d'alimentation est très supérieure à 0,6volt, c'est très

grande par rapport à VBESat et VCESat. A partir des équations :

=

I

B

−

E V

R

B

BESat

≈

E

R

B

=

I

C

−

E V

R

C

CESat

≈

E

R

C

E

R

B

β



E

R

C

R

B



Rβ

C

la condition de saturation s'écrit :

Soit :

3. Références des diodes et des transistors :

Exemples: la 1N4148 est une diode, le 2N2222A est un transistor a faible gain. La norme Pro

Electron impose un codage comportant trois informations: une première lettre désigne le

CHELBI Hassen

60

matériau semi-conducteur utilise, une deuxième lettre renseigne sur la nature du composant, puis

vient un groupe de trois chiffres (pour les produits "grand public") ou deux chiffres et une lettre

ISET Nabeul

(produits industriels).

Exemple:

A: diode, signal

C: transistor, low power, audio frequency

D: transistor, power, audio frequency

B: silicium

F: transistor, low power, high frequency

100 à 999

ou

R: switching device, low power (e.g. thyristor)

10 à 99 + lettre

U: transistor, power switching

Y: diode, rectifier

Exemples:

la BA159 est une diode signal, le BC547 est un transistor faible puissance, le BD135 est un

transistor de puissance.

CHELBI Hassen

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