Constitution et symbolisation

Constitution

Il est constitué d'un cristal semi-conducteur comprenant 3 régions de conductivité différentes: L'émetteur (E); la base (B); et le collecteur (C). Selon la disposition de ces éléments, ils sont différemment dopés. Il existe deux types de transistor bipolaire

Les émetteurs sont fortement dopés alors que les bases sont très légèrement dopées.

Selon la structure du transistor, il y'a deux jonctions: une jonction "émetteur-base" et une jonction base collecteur. Le transistor ressemble donc à deux diodes montées comme suite.

Symbolisation

 

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Caractéristiques du transistor

Caractéristique d'entrée I_B=f(V_BE) à V_CE constant

La jonction "base-émetteur" est une diode d'où la caractéristique I_B=f(V_BE) est celle d'une diode.

Caractéristique de transfert direct en courant I_C=f(I_b) à V_CE constant

I_CEo courant de fuite "collecteur-émetteur" lorsque la base est ouverte.

Caractéristique de sortie I_C=f(V_CE) à courant constant

Caractéristique de transfert inverse en tension V_BE=f(V_CE) à T_B constant

Réseau des caractéristiques

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Domaine de fonctionnement d'un transistor

Fonctionnement linéaire

Lorsque la jonction "base-émetteur" est polarisée en direct et la jonction base-collecteur polarisée en inverse, on dit que le transistor est en fonctionnement linéaire.
Sur le réseau des caractéristiques ce fonctionnement correspond à la zone dans laquelle I_C=f(V_CE) sont des droites parallèles à l'axe V_CE.

Relation fondamentale des courants:

Remarque: En régime linéaire, le transistor bipolaire fonctionne en amplification de courant. Un petit courant de base entraîne un grand courant collecteur. Le courant collecteur traverse la jonction "collecteur-base" en sens inverse. Ceci est appelé l'effet transistor.

Le fonctionnement au blocage

La jonction "base-collecteur" est polarisée en inverse. Pour bloquer le transistor, il suffit d'annuler le courant I_B même cela n'est pas toujours suffisant car en annulant I_B il circule quand même un courant de fuite I_CEo qui est faible.
On définit deux types de blocage:

La saturation

La jonction "base-émetteur" et la jonction "base-collecteur" sont polarisées en direct. Dans cette zone pour un I_B donné ßI_B>I_C. La condition certaine de saturation est I_B>I_Csat/ß_min. Le constructeur donne deux valeurs de ß: ß_min et ß_max.
ß_moy = (ß_max.ß_min)^½

 

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Limites technologique d'emploie

V_BE = 5 à 7V
V_CEmax : tension de claquage
I_Cmax : courant collecteur maximum
I_Bmax
NB: En saturation : court-circuit et en blocage: interrupteur ouvert.

 

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Le transistor en régime statique (continu)

Le problème qui se pose ici est de déterminer les courants et les tensions du point de repos: Q(V_BEQ, I_BQ, V_CEQ, I_CQ)

Méthode graphique

On dispose des caractéristiques I_B=f(V_BE) et I_C=f(V_CE)

Détermination par calcul

Les autres types de polarisation

Polarisation par pont de base

Dans certaines applications on néglige le courant I_B devant les courants I₁ et I₂ au quel cas on a un diviseur de tension entre R₁ et R₂. Cela revient à dire que R_th<< (ß+1)R_E. Ceci est vérifié si R_th<< (ß+1)R_E. On dit alors qu'on a un diviseur de soutenu de tension. Le schéma équivalent devient

La formule précédente du courant d'émetteur de courant d'émetteur ne contient pas ß. Le circuit est donc insensible aux variations de ß, et le point de repos Q est fixe. Voilà pourquoi on préfère la polarisation par pont de base.

Polarisation par réaction de collecteur

Par rapport aux autres méthodes de polarisation, cette méthode possède une grande stabilité en fonction de la température.

Polarisation d'émetteur

Ce type de polarisation est très utilisé lorsqu'on a une alimentation symétrique.

Déplacement de la différence de potentielle

Les schémas suivants sont équivalents

 

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Le transistor en régime dynamique (alternatif)

L'une des applications du transistor est l'amplification. Cette amplification est réalisée au tour d'un point de repos Q. Les signaux amplifiés sont les signaux alternatifs. Nous avons en présence ici des signaux alternatifs et des signaux continus. On utilise le théorème de superposition pour faire le calcul.
Les condensateurs C_L1 et C_L2 sont des condensateurs de couplage ou de liaison, alors que le condensateur C_d est un condensateur de découplage.
On fait généralement l'hypothèse selon laquelle ces condensateurs sont équivalents à des courts-circuits en alternatif et à des circuits ouverts en continu.
Le schéma équivalent en régime statique ou continu est le suivant:

Le schéma équivalent en dynamique ou en alternatif sera le suivant:

On en déduit l'équation de la droite de charge dynamique.
A vide: On a: R_Ci_c + v_ce = 0 ↔ i_c=-v_ceR_c
En charge: (R_C//R_U)i_C + v_ce = 0 ↔ i_c=-v_ce/(R_C//R_U)
Généralement pour tracer la droite de charge dynamique, on trace i_C=f(v_CE)
i_C = I_CQ + i_c
v_CE = V_CEQ + v_ce

Schéma équivalent du transistor en petits signaux

On utilise les paramètres hybrides d'un quadripôle:

D'où le schéma équivalent suivant:

Or généralement h₁₂ est très faible de l'ordre de 10^-5=0. Ensuite h₂₂=0 ; 1/h₂₂ tend vers l'infini, d'où le schéma équivalent simplifié du transistor en petit signaux et en basse fréquence.

Autres schémas équivalents du transistor petite fréquence est le schéma d'Ebers-Moll.

Remarque: On peut calculer r'_e d'une manière pratique en utilisant la formule : r'_e=25mV/I_EQ

Etude des montages fondamentaux

On se propose dans ce qui suit de déterminer les paramètres dynamiques des circuits à transistor avant de déterminer le schéma équivalent comme le montre la figure ci-dessous.

Montage émetteur commun

Montage à émetteur commun à rétroaction

Montage émetteur commun à résistance d'émetteur partiellement découpée