Le transistor bipolaire PDF

Le transistor Bipolaire Bipolar Transistors 1  Introduction Le composant le plus important de toute l'histoire de l'électronique est vraisemblablement le transistor bipolaire. Le transistor bipolaire est constitué de trois régions à semi-conducteurs...

Le transistor Bipolaire Bipolar Transistors 1  Introduction Le composant le plus important de toute l'histoire de l'électronique est vraisemblablement le transistor bipolaire. Le transistor bipolaire est constitué de trois régions à semi-conducteurs dopés, appelées émetteur, base et collecteur. Il existe deux types de représentations: NPN et PNP 2  NPN et PNP P N COLLECTEUR(moyennement dopé) P BASE (faiblement dopé) N N EMETTEUR (fortement dopé) P 3 Symbole électrique: C C B B E E PNP NPN Symbole physique: 4  Polarisation du transistor NPN L’Effet Transistor La jonction Base-Emetteur est polarisée en direct, par + contre, N - la jonction base-collecteur est polarisée en inverse. + P - N 5  L’Effet Transistor Polarisation du Transistor NPN Un grand nombre d'électrons injectés par l'émetteur se retrouvent projetés vers la jonction base-collecteur: L’émetteur (E) est fortement dopé. Son Circulation rôle est d’injecter des électrons dans la des électrons RC base. La base (B) est faiblement dopée et très N mince, donc très peu d’électrons se C VCE recombinent avec des trous. Le courant RB de base est très faible. Elle transmet au collecteur la plupart des électrons venant B P VCC de l’émetteur. Le collecteur (C) recueille les électrons qui lui viennent de la base d’où son nom. E Les électrons sont fortement attirés par la VBE N polarité positive du générateur Vcc connecté au collecteur. VBB 6  Sens des courants La circulation des IC électrons a donné Circulation des électrons RC naissance aux courants: N IB, Ic et IE tel que: C VCE IE = IB + IC RB IB B P VCC E VBE N VBB IE 7  Rapports entre courants IC = βcc.IB IC IE = 𝛂𝐜𝐜 IC βcc est appelé gain en courant IB Continu. 20 ≤βcc ≤ 200 Et 0,95 ≤ α𝒄𝒄 ≤ 0,99 IE 8 Relations courants-tensions Courants et tensions On constate l’éxistance de 2 mailles, une du côté entrée et l’autre du côté RC sortie du transistor. IC 𝐕𝐁𝐁 −𝐕𝐁𝐄 1) IB = IB VCE 𝐑𝐁 équation de la droite d’attaque Ib=f(Vbe) RB VCC 𝑽𝑪𝑪 −𝑽𝑪𝑬 2) IC = 𝑹𝑪 IE VBE équation de la droite de charge Ic =f(Vce) VBB 9  Réseau des caractéristiques statiques du transistor 4 relations indépendantes sont nécessaires pour caractériser le transistor: Ic Ic = f(Vce) Ic=f(Ib) à Vce=Cste β IB Vce Jonction Base-émetteur Vbe= f(Ib) 10  Caractéristique de sortie Cc IC (mA) On distingue trois régions de 100 mA fonctionnement: 14 a. Région de saturation: 80 mA 12 Utilisée dans la commutation 10 60 mA b. Région de linéarité: Utilisée dans l’amplification 8 40 mA c. Région de destruction 6 4 20 mA 2 0 mA 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 VCE (Volts) 11  Point de fonctionnement Le choix de l’application du transistor dépend de la position du point d’intersection entre la droite de charge et la caractéristique de sortie. Ce point est appelé point de fonctionnement dont l’abscisse est Vce et l’ordonné Ic. 12  Position du point de fonctionnement Si A est le point de fonctionnement, il se trouve dans la zone linéaire, le transistor est près à fonctionner IC comme amplificateur. Si B est le point de 14 fonctionnement, le transistor est 12 saturé (maximum de courant), il est près à fonctionner comme 10 interrupteur fermé. 8 A B Si C est le point de Ic0 6 fonctionnement, le transistor est bloqué, c’est un interrupteur 4 ouvert. 2 C 0 Vce0 50 VCE 13  Circuits de polarisation Le circuit de polarisation est composé des sources de tensions continues et des résistances. Son rôle et de fixer le courant et la tension dans le circuit. Donc fixer le point de fonctionnement. 14  Exemples de circuits de polarisation Circuit avec deux sources de tensions: VBB - VBE IB = RC RB VCE RB VCC VBE VBB 15  Circuit avec pont diviseur(R1 et R2) +VCC RC R1 R2 RE 16  Circuit de polarisation par résistance de base +VCC RC RB 17  Circuit de polarisation par réaction d’émetteur +VCC RC RB RE 18  Exercices Exo1 Calculer les courant IB et Ic Sachant que β=200 Déduire les coordonnées du Ic RC =1kΩ Point de fonctionnement. VCE Ib RB =100kΩ VCC=10v VBE VBB=2V 19  Solution L’équation de la maille d’entrée donne: 𝑉𝑏𝑏−𝑉𝑏𝑒 2−0,7 Vbb-Rb.Ib –Vbe=0 d’où Ib= = 3 = 13μA 𝑅𝑏 100.10 Ic = β.Ib donc Ic=2,6mA Le point de fonctionnement est donné par (Vce, Ic) A partir de la maille de sortie on a: Vce= Vcc –Rc.Ic Vce=10 -103.2,6−3 =7,4 V Point de fonctionnement (7,4 ; 2,6mA) 20  Exercices Exo2 Calculer les résistances Rb et Rc Sachant que β=200 et que le pt de Ic RC de fonctionnement est (0,2V; 10mA) VCE Ib RB VCC=10v VBE VBB=5V 21  Exercices Exo3 R1=10KΩ R1 Rc R2=5,6KΩ Vcc Rc=1KΩ Re=560Ω Vcc=100 β=100 R2 Re Déterminer le point de fonctionnement. 22  Solution VB=R2.Vcc/(R1+R2) donc Vb=3,59V VE= VB –Vbe= 2,89V IE=VE/Re=5,16mA donc Ic~5,16mA Ie=Ic +Ib= Ic + Ic/β = Ic(1+1/β) Ic=Ie/(1+1/β) Ic=5,16/1,01=5,11mA Vce=Vcc – IcRc-IE.Re= Vcc –Ic[Rc+Re(1+1/β)] Vce=1,95V Le transistor n’est pas en saturation. 23  Exercices Exo4 Rb=100KΩ Rb Rc Vcc Rc=560Ω Vcc=12V β=100 Déterminer le point de fonctionnement 24  Solution 𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑏𝑒 Ic=β( )=11,3mA 𝑅𝑏 Vce=Vcc-Rc.Ic=5,67V 25  Exercices Exo5 Vérifier si le fonctionnement et normal ou défaillant. Rc=560Ω Rc Vcc=9V Rb=56KΩ 3V 9V Rb Vbb=3V 26  Exercices Exo6: Vérifier si le fonctionnement et normal ou défaillant. Rc 0,7V Vcc=9V μV Rb Vbb=3V 27  Exercices Exo7: Vérifier si le fonctionnement et normal ou défaillant. Rc 3V Vcc=9V 9V Rb Vbb=3V 2,5V 28 Le transistor en commutation Interrupteur C C B B E E commande 29  Etat bloqué Rc Vcc=9V Ib=0 Rb Vce Vbb=0V 30 Etat saturé Rc Vcc=9V ib≠0 Rb Vce Vbb=5V 31  Le transistor en commutation (Interrupteur) Le transistor est dit en commutation lorsque son point de fonctionnement ne peut prendre que deux états : Etat bloqué: Ib = 0 → Ic = 0 et Vce = Vcc Etat saturé: Ib ≥ Ibsat = Icsat/βsat et Vce = Vcesat Le transistor est commandé par une impulsion de courant de base. 32 Caractéristique de sortie et droite de charge Ic Droite de charge Icmax IB5 Saturé IB4 ON IB3 Bloqué IB2 OFF IB1 Vce Vcc 33  Commande d’une charge RL (moteur, relais, led…) VCEsat = 0.2 à 0.3 V ICM = (VCC -VCEsat)/RL ≈ VCC/RL RL L'amplitude minimale de courant Vcc de base pour obtenir la saturation est Ic donc : Rb ON Ve Ib=Ibs IBsat ≥ 𝐼𝑐𝑠𝑎𝑡 = 𝑉𝑐𝑐−𝑉𝑐𝑒𝑠𝑎𝑡 𝛽𝑠𝑎𝑡.𝑅𝑙 at 𝛽 βsat=βmin RL Vcc Ic=0 Rb OFF Ve Ib=0 34  Temps de commutation Temps à la fermeture, mise en conduction ton=td+tr td est le temps de retard (delay time de 0,1 à 0,9) tr le temps de croissance (rise time de 0,9 à 1) Temps à l'ouverture(blocage Toff=Ts+Tf ts est le temps de stockage ton (storage time de 1 à 0,9) toff tf est le temps de descente (fall time de 0,9 à 0,1) 35  Puissance dissipée par le transistor en conduction (pertes en conduction) P=Vce.Ic+Vbe.Ib souvent Vbe.Ib