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Transistor bipolaire en régime continu
 Transistors Bipolaires: Structure
• Un transistor à jonction bipolaire (BJT) est un composant à semi-conducteur constitué de
2 jonctions PN, très proches l'une de l'autre.
• Il y’a deux types de transistors:
• Pour un transistor, on distingue toujours trois électrodes (Emetteur, Base et Collecteur).
 L’émetteur émet des porteurs de charge (électrons ou trou),
 les porteurs traversent la base où quelques uns sont recombinés.
 La majorité de ces porteurs sont collectés par le collecteur
Type NPN Type PNP
Transistor bipolaire en régime continu
 Transistors Bipolaires: Symbole
Transistor NPN
Transistor PNP
𝑉𝐵𝐸>0 , 𝑉𝐵𝐶<0 et 𝑉𝐶𝐵>0
𝑉𝐶𝐸= 𝑉𝐶𝐵 + 𝑉𝐵𝐸
𝑉𝐶𝐸>0
𝑉𝐵𝐸<0 , 𝑉𝐵𝐶>0 et 𝑉𝐶𝐵<0
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐵 + 𝑉𝐵𝐸
𝑉𝐶𝐸<0
Transistor bipolaire en régime continu
 Transistors Bipolaires: Fonctionnement
• On fait le raisonnement sur un transistor NPN
• Le transistor fonctionne si l’effet transistor a eu lieu. Cet effet ne peut avoir lieu
que si les deux conditions suivantes sont réunies:
₋ Jonction base-emetteur polarisée en direct
₋ Jonction base-collecteur polarisé en inverse,
Transistor bipolaire en régime continu
 Transistors Bipolaires: Fonctionnement
• Effet Transistor: la jonction B-E est polarisée en direct, une quantité importante
d’é est injectée dans la base (région P) au même temps que la quantité de trous
injectée dans la région N (émetteur).
• La base devient alors riche en électron. Quand on polarise la jonction B-C en
inverse , les électrons stockées dans la base (région P) sont prêt à être conduit
sous le champ inverse, dans le collecteur. Donc un courant fort circule à travers la
jonction B-C polarisé en inverse: c’est l’effet transistor. Le collecteur collecte
presque tous les électrons émis par l’émetteur.
Transistor bipolaire en régime continu
 Transistors Bipolaires: Fonctionnement
La jonction B-E est bloquée :
𝐼𝐵= 0 et 𝑉𝐵𝐸 < 0,6 V
Le transistor est bloqué et tous les courants sont nuls :
𝐼𝐵= 𝐼𝐶= 𝐼𝐸= 0
Transistor bloqué
Transistor bipolaire en régime continu
 Transistors Bipolaires: Fonctionnement
Transistor passant
La jonction B-E est passante dans le sens direct :
𝐼𝐵> 0 et 𝑉𝐵𝐸 = 0,6 V
Le transistor est passant et il y a un courant de collecteur et un courant d’émetteur :
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Il existe alors deux régimes de fonctionnement.
Transistor bipolaire en régime continu
 Transistors Bipolaires: Fonctionnement
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• La jonction BC est polarisée en inverse: augmentation du
champs électrique interne
• La longueur de la base est très courte et les électrons
arrivent tous au niveau de ZCE Base-collecteur
• Les électrons sont propulsés dans le collecteur par le
champ électrique
• Si on modifie la tension 𝑉𝐵𝐶 ( dans une certaine limite), le
champ électrique est toujours suffisant pour propulser
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• Le courant de collecteur ne dépend pas de la tension
𝑉𝐵𝐶 mais uniquement 𝑉𝐵𝐸
Transistor bipolaire en régime continu
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Par convenance on pose:
Les trois courants du transistors bipolaire sont:
𝐼𝐵: Courant de trous de B vers E,
𝐼𝐶: Courant d’électrons de E vers C
𝐼𝐸: Courant de trous de B vers E + courant d’électrons de E
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Le rapport,β, entre les courant 𝐼𝐶 et 𝐼𝐵 dépend entre autres des niveaux de dopage de
l’émetteur et de la base ainsi que de l’épaisseur de la base :
Transistor bipolaire en régime continu
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β est le coefficient d’amplification en courant (de quelques dizaines à quelques
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β >>1 donc 𝐼𝐶 >> 𝐼𝐵
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Si la tension 𝑉𝐵𝐶 augmente trop :
• Le champ électrique base – collecteur diminue
• Les électrons ne sont plus tous propulsés dans le
collecteur mais une partie sort par la base
• Le courant 𝐼𝐶 tend à devenir nul
• On dit dans ce cas que le transistor est saturé
• La tension 𝑉𝐶𝐸 pour laquelle ce phénomène apparaît est
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– base commune: la patte commune est la base, l'entrée est
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On considère le transistor comme un quadripôle dont une électrode est commune à
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Transistor bipolaire en régime continu
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Pour caractériser complètement le fonctionnement d'un transistor, il faut déterminer
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Transistor bipolaire en régime continu
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Pour 𝑉𝐵 = 0, 𝑉𝐵𝐸 = 0 et 𝐼𝐵 = 0 ⇒ 𝐼𝐶 = β 𝐼𝐵 = 0
La jonction CB est polarisée en inverse.
Il existe donc un faible courant de fuite 𝐼𝐶𝐸0
En pratique ce courant est négligé et on considère le transistor comme un circuit
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Pour 𝑉𝐵 > 𝑉𝑠𝑒𝑢𝑖𝑙 de la jonction PN, on a :
Lorsque 𝑉𝐵 >> 𝑉𝐵𝐸 , on peut négliger 𝑉𝐵𝐸 , d'où :
Par ailleurs, d'où :
Si 𝑅𝐵 ➘, 𝐼𝐵 ➚ donc 𝐼𝐶 ➚ et 𝑉𝐶𝐸 ➘. Lorsque 𝑉𝐶𝐸 = 0 ,
Si RB ➘ encore, 𝐼𝐶 = 𝐼𝐶𝑚𝑎𝑥 mais
Le transistor est saturé : 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 = 0,2 à 0,4 V et 𝐼𝐶 ≈ E/𝑅𝐶 .
et la relation 𝐼𝐶 = β 𝐼𝐵 n'est plus vérifiée.
Si β 𝐼𝐵 >> 𝐼𝐶 , le transistor est saturé.
Réseau d’entrée
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Région de saturation
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Transistor bipolaire en régime continu
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Région linéaire : polarisation d’un transistor
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Polariser un transistor consiste à définir son état de fonctionnement par
l'adjonction de sources de tension continues et de résistances .
Cet état de conduction est caractérisé par un point dans chacun des quadrants du
réseau de caractéristiques, ce point est appelé point de fonctionnement ou
point de repos.
Le point de fonctionnement caractérise
deux variables indépendantes du
transistor : 𝐼𝐶 et 𝑉𝐶𝐸 .
Il doit être choisi dans la zone linéaire,
mais en dehors des zones interdites et
doit être peut sensible aux variations de
température.
Région linéaire : polarisation d’un transistor
 Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques
Transistor bipolaire en régime continu
Polarisation à une source de tension
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Réseau de sortie
Réseau d’entrée
Détermination du point de fonctionnement
Région linéaire : polarisation d’un transistor
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Polarisation à une source de tension
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Le point de fonctionnement Q dans le réseau d’entrée 𝐼𝐵 =ƒ(𝑉𝐵𝐸 ) est situé à
l’intersection de la droite de charge ∆’ et de la caractéristique
Le point de fonctionnement P dans le réseau de sortie 𝐼𝐶 = ƒ(𝑉𝐶𝐸) est situé à
l’intersection de la droite de charge ∆ et d’une caractéristique 𝐼𝐵= cste
tracé dans le réseau de caractéristique
statique 𝐼𝐶= ƒ(𝑉𝐶𝐸)
tracé dans le réseau de caractéristique
statique 𝐼𝐵=ƒ(𝑉𝐵𝐸)
Droite de charge statique de sortie ∆
Droite de charge statique d’entrée ∆’
Région linéaire : polarisation d’un transistor
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Polarisation par pont et résistance d'émetteur:
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On considère:
On en déduit :
On a:
Si β est grand,
d'où :
Région linéaire : polarisation d’un transistor
 Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques
Transistor bipolaire en régime continu
Polarisation par pont et résistance d'émetteur:
Détermination approchée du point de fonctionnement
On a:
et on en déduit:
Stabilité en température : si 𝐼𝐶 ➚ , 𝑉𝐸 ➚
donc 𝑉𝐵𝐸 ➘ ⇒ 𝐼𝐵 ➘ ⇒ 𝐼𝐶 ➘
Région linéaire : polarisation d’un transistor
 Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques
Transistor bipolaire en régime continu
Polarisation par pont et résistance d'émetteur:
Détermination rigoureuse du point de fonctionnement

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  • 1. Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: Structure • Un transistor à jonction bipolaire (BJT) est un composant à semi-conducteur constitué de 2 jonctions PN, très proches l'une de l'autre. • Il y’a deux types de transistors: • Pour un transistor, on distingue toujours trois électrodes (Emetteur, Base et Collecteur).  L’émetteur émet des porteurs de charge (électrons ou trou),  les porteurs traversent la base où quelques uns sont recombinés.  La majorité de ces porteurs sont collectés par le collecteur Type NPN Type PNP
  • 2. Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: Symbole Transistor NPN Transistor PNP 𝑉𝐵𝐸>0 , 𝑉𝐵𝐶<0 et 𝑉𝐶𝐵>0 𝑉𝐶𝐸= 𝑉𝐶𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 𝑉𝐶𝐸>0 𝑉𝐵𝐸<0 , 𝑉𝐵𝐶>0 et 𝑉𝐶𝐵<0 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐵 + 𝑉𝐵𝐸 𝑉𝐶𝐸<0
  • 3. Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: Fonctionnement • On fait le raisonnement sur un transistor NPN • Le transistor fonctionne si l’effet transistor a eu lieu. Cet effet ne peut avoir lieu que si les deux conditions suivantes sont réunies: ₋ Jonction base-emetteur polarisée en direct ₋ Jonction base-collecteur polarisé en inverse,
  • 4. Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: Fonctionnement • Effet Transistor: la jonction B-E est polarisée en direct, une quantité importante d’é est injectée dans la base (région P) au même temps que la quantité de trous injectée dans la région N (émetteur). • La base devient alors riche en électron. Quand on polarise la jonction B-C en inverse , les électrons stockées dans la base (région P) sont prêt à être conduit sous le champ inverse, dans le collecteur. Donc un courant fort circule à travers la jonction B-C polarisé en inverse: c’est l’effet transistor. Le collecteur collecte presque tous les électrons émis par l’émetteur.
  • 5. Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: Fonctionnement La jonction B-E est bloquée : 𝐼𝐵= 0 et 𝑉𝐵𝐸 < 0,6 V Le transistor est bloqué et tous les courants sont nuls : 𝐼𝐵= 𝐼𝐶= 𝐼𝐸= 0 Transistor bloqué
  • 6. Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: Fonctionnement Transistor passant La jonction B-E est passante dans le sens direct : 𝐼𝐵> 0 et 𝑉𝐵𝐸 = 0,6 V Le transistor est passant et il y a un courant de collecteur et un courant d’émetteur : 𝐼𝐶> 0 et 𝐼𝐸> 0. Il existe alors deux régimes de fonctionnement.
  • 7. Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: Fonctionnement Transistor passant: Fonctionnement en régime linéaire • La jonction BC est polarisée en inverse: augmentation du champs électrique interne • La longueur de la base est très courte et les électrons arrivent tous au niveau de ZCE Base-collecteur • Les électrons sont propulsés dans le collecteur par le champ électrique • Si on modifie la tension 𝑉𝐵𝐶 ( dans une certaine limite), le champ électrique est toujours suffisant pour propulser tous les électrons: • Le courant de collecteur ne dépend pas de la tension 𝑉𝐵𝐶 mais uniquement 𝑉𝐵𝐸
  • 8. Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: Fonctionnement Transistor passant: Fonctionnement en régime linéaire Par convenance on pose: Les trois courants du transistors bipolaire sont: 𝐼𝐵: Courant de trous de B vers E, 𝐼𝐶: Courant d’électrons de E vers C 𝐼𝐸: Courant de trous de B vers E + courant d’électrons de E vers C Le rapport,β, entre les courant 𝐼𝐶 et 𝐼𝐵 dépend entre autres des niveaux de dopage de l’émetteur et de la base ainsi que de l’épaisseur de la base :
  • 9. Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: Fonctionnement Transistor passant: Fonctionnement en régime linéaire β est le coefficient d’amplification en courant (de quelques dizaines à quelques centaines). β >>1 donc 𝐼𝐶 >> 𝐼𝐵 D’autre part : 𝐼𝐸 = 𝐼𝐶 + 𝐼𝐵 𝐼𝐸 ≈ 𝐼𝐶
  • 10. Si la tension 𝑉𝐵𝐶 augmente trop : • Le champ électrique base – collecteur diminue • Les électrons ne sont plus tous propulsés dans le collecteur mais une partie sort par la base • Le courant 𝐼𝐶 tend à devenir nul • On dit dans ce cas que le transistor est saturé • La tension 𝑉𝐶𝐸 pour laquelle ce phénomène apparaît est notée 𝑉𝐶𝐸𝑆𝐴𝑇 et il est très proche de zéro 𝑉𝐶𝐸𝑆𝐴𝑇=0,2V Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: Fonctionnement Transistor passant: Fonctionnement en régime saturé Au dessus d’une certaine valeur du courant de base (𝐼𝐵𝑠𝑎𝑡), le courant de collecteur « sature » : 𝐼𝐵 > 𝐼𝐵𝑠𝑎𝑡 𝐼𝐶 = 𝐼𝐶𝑠𝑎𝑡 𝐼𝐵𝑠𝑎𝑡 = 𝐼𝐶𝑠𝑎𝑡 β
  • 11. – émetteur commun: la patte commune est l'émetteur, l'entrée est la base et la sortie le collecteur; – base commune: la patte commune est la base, l'entrée est l'émetteur et la sortie le collecteur; – collecteur commun: la patte commune est le collecteur, l'entrée est la base et la sortie l'émetteur On considère le transistor comme un quadripôle dont une électrode est commune à l'entrée et la sortie. Trois montages sont donc à envisager : Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Pour caractériser complètement le fonctionnement d'un transistor, il faut déterminer six grandeurs : 𝐼𝐶, 𝐼𝐵, 𝐼𝐸, 𝑉𝐶𝐸, 𝑉𝐵𝐸 et 𝑉𝐵𝐶 .
  • 12. Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Pour procédé au relevé des caractéristiques on utilise le montage ci-dessous 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.
  • 13. Transistor bipolaire en régime continu  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques
  • 14. Pour 𝑉𝐵 = 0, 𝑉𝐵𝐸 = 0 et 𝐼𝐵 = 0 ⇒ 𝐼𝐶 = β 𝐼𝐵 = 0 La jonction CB est polarisée en inverse. Il existe donc un faible courant de fuite 𝐼𝐶𝐸0 En pratique ce courant est négligé et on considère le transistor comme un circuit ouvert. On dit que le transistor est bloqué Région de blocage  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Transistor bipolaire en régime continu
  • 15. Zone de blocage Région de blocage  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Transistor bipolaire en régime continu
  • 16. Région de saturation  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Transistor bipolaire en régime continu Pour 𝑉𝐵 > 𝑉𝑠𝑒𝑢𝑖𝑙 de la jonction PN, on a : Lorsque 𝑉𝐵 >> 𝑉𝐵𝐸 , on peut négliger 𝑉𝐵𝐸 , d'où : Par ailleurs, d'où : Si 𝑅𝐵 ➘, 𝐼𝐵 ➚ donc 𝐼𝐶 ➚ et 𝑉𝐶𝐸 ➘. Lorsque 𝑉𝐶𝐸 = 0 , Si RB ➘ encore, 𝐼𝐶 = 𝐼𝐶𝑚𝑎𝑥 mais Le transistor est saturé : 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 = 0,2 à 0,4 V et 𝐼𝐶 ≈ E/𝑅𝐶 . et la relation 𝐼𝐶 = β 𝐼𝐵 n'est plus vérifiée. Si β 𝐼𝐵 >> 𝐼𝐶 , le transistor est saturé. Réseau d’entrée Réseau de sortie
  • 17. Région de saturation  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Transistor bipolaire en régime continu Zone de saturation
  • 18. Région linéaire : polarisation d’un transistor  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Transistor bipolaire en régime continu Polariser un transistor consiste à définir son état de fonctionnement par l'adjonction de sources de tension continues et de résistances . Cet état de conduction est caractérisé par un point dans chacun des quadrants du réseau de caractéristiques, ce point est appelé point de fonctionnement ou point de repos. Le point de fonctionnement caractérise deux variables indépendantes du transistor : 𝐼𝐶 et 𝑉𝐶𝐸 . Il doit être choisi dans la zone linéaire, mais en dehors des zones interdites et doit être peut sensible aux variations de température.
  • 19. Région linéaire : polarisation d’un transistor  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Transistor bipolaire en régime continu Polarisation à une source de tension Réseau d’entrée Réseau de sortie Réseau de sortie Réseau d’entrée Détermination du point de fonctionnement
  • 20. Région linéaire : polarisation d’un transistor  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Transistor bipolaire en régime continu Polarisation à une source de tension Détermination graphique du point de fonctionnement Le point de fonctionnement Q dans le réseau d’entrée 𝐼𝐵 =ƒ(𝑉𝐵𝐸 ) est situé à l’intersection de la droite de charge ∆’ et de la caractéristique Le point de fonctionnement P dans le réseau de sortie 𝐼𝐶 = ƒ(𝑉𝐶𝐸) est situé à l’intersection de la droite de charge ∆ et d’une caractéristique 𝐼𝐵= cste tracé dans le réseau de caractéristique statique 𝐼𝐶= ƒ(𝑉𝐶𝐸) tracé dans le réseau de caractéristique statique 𝐼𝐵=ƒ(𝑉𝐵𝐸) Droite de charge statique de sortie ∆ Droite de charge statique d’entrée ∆’
  • 21. Région linéaire : polarisation d’un transistor  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Transistor bipolaire en régime continu Polarisation par pont et résistance d'émetteur: Détermination approchée du point de fonctionnement On considère: On en déduit : On a: Si β est grand, d'où :
  • 22. Région linéaire : polarisation d’un transistor  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Transistor bipolaire en régime continu Polarisation par pont et résistance d'émetteur: Détermination approchée du point de fonctionnement On a: et on en déduit: Stabilité en température : si 𝐼𝐶 ➚ , 𝑉𝐸 ➚ donc 𝑉𝐵𝐸 ➘ ⇒ 𝐼𝐵 ➘ ⇒ 𝐼𝐶 ➘
  • 23. Région linéaire : polarisation d’un transistor  Transistors Bipolaires: caractéristiques électriques Transistor bipolaire en régime continu Polarisation par pont et résistance d'émetteur: Détermination rigoureuse du point de fonctionnement