Semaine No 5

Semi-conducteurs I

Transistor

Semi-conducteurs I

Transistor

280-215

Semi-conducteurs I

Structure du transistor

Transistor bipolaire

Caractristiques et paramtres du transistor

Transistor bipolaire jonction

La structure fondamentale

Le transistor bipolaire jonction (BJT)

3 rgions semi-conducteurs dops, spares par 2 jonctions PN

Les trois rgions sont appeles:

metteur Base Collecteur


N

N

N P

P

P

Les jonctions PN

La jonction base-metteur

La jonction base-collecteur

Les matriaux de la base est faiblement dop et trs troit

Les matriaux du collecteur et de lmetteur sont fortement dops


Le terme bipolaire

utilisation commune des trous et des lectrons comme porteurs

La jonction base-metteur (BE) est sous polarisation directe

La jonction base-collecteur (BC) est polarisation inverse

On appelle ce procd la polarisation directe-inverse


* Sens conventionnel du courant


* Sens conventionnel du courant

IE = IC + IB


Application des tensions de polarisation:

VBB = Jonction Base-metteur (Directe)

VCC = Jonction Base-Collecteur (Inverse)

VBB de valeur plus faible que VCC est fournie par un diviseur de tension


Bta CC (CC)

Le rapport entre IC et IB est appel:

Le gain bta CC CC

Cest--dire le gain direct en courant c.c. dun transistor

La formule dmontre la relation:

CC = IC IB

Bta CC (CC)

Lchelle typique pour CC se situe environ entre 20 200

CC quivalent hFE

Alpha CC (CC)

Le rapport entre IC et IE se nomme:

Alpha CC CC

Lchelle typique pour CC se situe environ entre 0,95 0,99

La valeur de CC est toujours infrieure 1 puisque IC est toujours un peu plus

faible que IE

Bta CC (CC) et Alpha CC (CC)

Analyse des courants et tensions

IB: Courant c.c. la base

IE: Courant c.c. lmetteur

IC: Courant c.c. au collecteur

VBE: Tension c.c. de base par rapport lmetteur

VCB: Tension c.c. du collecteur par rapport la base

VCE: Tension c.c. du collecteur par rapport lmetteur


Jonction base-metteur

polarisation directe, son action est semblable celle dune diode

elle possde une tension ses bornes gale la valeur dune barrire de potentiel

VBE 0,7 V


metteur est la masse (0V), la tension aux bornes de RB, selon la loi des tensions de

Kirchhoff:

VRB = VBB - VBE

Aussi, selon la loi dOhm,

VRB = IBRB


En substituant les termes,

IBRB = VBB - VBE

Et IB,

IB = VBB - VBE

RB

La tension aux bornes de RC est:

VRC = ICRC


La tension au collecteur par rapport lmetteur:

VCE = VCC - ICRC

O IC = CCIB. La tension aux bornes de la jonction collecteur-base sous polarisation inverse est:

VCB = VCE - VBE

Courbes caractristiques du

collecteur Daprs le circuit, une srie de courbes

dmontrent comment IC varie avec VCE

pour diffrentes valeurs de IB


collecteur


collecteur

Blocage:

Le transistor est en blocage, lorsque IB = 0

Il existe une infime quantit de courant de fuite au

collecteur ICEO

cause de sa trs faible valeur, ICEO sera souvent

nglig; VCE = VCC

Lors du blocage, les jonctions base-metteur et base-

collecteur sont toutes les deux en polarisation inverse


collecteur Saturation:

Lorsque la jonction base-metteur passe en polarisation directe et que le courant la base est augment

Le courant au collecteur augmente galement

IC = CCIB

VCE diminue puisque la tension aux bornes de RC augmente

VCE = VCC ICRC

Lorsque VCE atteint sa valeur de saturation; VCE(sat)



Lorsque VCE atteint sa valeur de saturation; VCE(sat)

La jonction BC passe en polarisation directe

IC cesse daugmenter mme si lon continue

augmenter la valeur de IBdu collecteur



Au point de saturation, la relation suivante nest plus

valable:

IC = CCIB

VCE(sat) se produit quelque part sous le genou des courbes

du collecteur


collecteur

Droite de charge c.c.:

Une droite de charge c.c. se dresse entre les points de blocage et de saturation

Le point infrieur de la droite de charge est le point de blocage idal o:

IC = 0

VCE = VCC


collecteur

Droite de charge c.c.:

Le point suprieur est le point de saturation:

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

La rgion active se situe le long de la droite entre les points de blocage et saturation


collecteur

VCE > 0,7 V

BC polarisation inverse

Rgion linaire

IC stabilise VCE

IC = CCIB La proportion du

courant de fuite pour

IB = 0 est exagre

pour les fins

dillustration


collecteur

Droite de charge c.c.


collecteur

CC

CC varie en fonction:

Le courant au collecteur

De la temprature

Valeurs maximales

Comme toute composante lectronique, le transistor a ses

limites de fonctionnement

Elles sont spcifies sous forme de valeurs maximales sur la fiche

technique du fabricant

Les valeurs maximales sont donnes pour:

La tension collecteur-base (VCB)

La tension metteur-base (VEB)

Le courant au collecteur (IC)

La dissipation de puissance (PD)

Valeurs maximales

Valeurs maximales

Le produit de VCE et de IC ne doit pas excder la dissipation de puissance maximale

Si la valeur de VCE est maximale, la valeur de IC peut tre calcule avec la formule:

IC = PD(max) VCE

Si la valeur de IC est maximale, la valeur de VCE peut tre calcule avec la formule:

VCE = PD(max) IC

Valeurs maximales

Pour ce transistor:

PD(max) = 500 mW Points B et C

VCE(max) = 20 V Points C et D

IC(max) = 50 mA Points A et B

Valeurs maximales

Transistor comme

amplificateur Lamplification, lune des plus importantes

proprits du transistor, est le procd par

lequel on augmente lamplitude dun signal lectrique de faon linaire

Le transistor produit un gain en courant appel

Lorsquun transistor est polaris pour fonctionner dans sa rgion active:

La rsistance de BE est faible par polarisation directe

La rsistance de BC est leve par polarisation inverse

Transistor comme

amplificateur Glossaire:

Les quantits c.c.:

IB, IC et IB VBE, VCB et VCE VB, VC et VE

Les quantits c.a.:

Ib, Ic et Ie Vbe, Vcb et Vce

Les rsistances internes:

rb, rc et re

Transistor comme

amplificateur Pour un transistor, le

courant la base est

infime compar aux

courant au collecteur

et lmetteur

IC IE

Une tension c.a. Ven est connecte en

srie VBB

VCC est connecte au collecteur travers

RC

Ven provoque une augmentation en

courant c.a. au

collecteur

Transistor comme

amplificateur Le courant au

collecteur produit une tension aux bornes de RC

Vc est une reproduction amplifie mais inverse de Ven

Les sources de polarisation c.c. se comportent comme des courts-circuits par rapport la tension c.a.

Un cct quivalent c.a. peut tre dessin en remplaant VCC et VBB par des courts-circuits

Transistor comme

amplificateur La jonction BE;

polarisation directe,

prsente une trs

faible rsistance

Ven

Cette rsistance metteur c.a. interne

est reprsente par

re Le courant c.a.

lmetteur est:

Ie = Vb re

Transistor comme

amplificateur La tension c.a. au

collecteur, Vc est

gale la tension

c.a. aux bornes de

RC Vc = IcRC

Puisque Ic Ie, la tension au collecteur

est:

Vc IeRC

Transistor comme

amplificateur La valeur de Vb peut

tre considre

comme Ven Vb = Ven IbRB

Vc peut tre considre comme

Vsor

Le rapport entre Vc et Vb est le gain en

tension c.a.: Av Av = Vc Vb

Transistor comme

amplificateur En substituant IeRC

par Vc et Iere par Vb

Av = Vc IeRC Vb Iere

Les termes Ie sannulent:

Av RC re

La valeur de RC est toujours plus leve

que re, Vsor est toujours plus leve

que Ven

Transistor comme

amplificateur Dterminer le gain en tension et la tension

c.a. de sortie si re = 50

Transistor comme

amplificateur Dterminer le gain en tension et la tension c.a. de sortie si re = 50

Transistor comme interrupteur

La seconde application majeure est dagir comme interrupteur

Le transistor est alternativement mis en mode de blocage et en mode de

saturation


Sous la condition de saturation, il existe idalement un court-circuit entre le

collecteur et lmetteur

En ralit, nous pourrions y mesurer une tension denviron quelques diximes de volt que lon appelle tension de saturation: VCE(sat)


Condition de blocage:

La jonction BE nest pas en polarisation directe

Tous les courants sont approximativement nuls

La valeur de VCE est approximativement = VCC

VCE(blocage) = VCC


Condition de saturation: La jonction BE est en polarisation directe

IB assez lev pour produire IC(max)

Lors de la saturation, IC est: IC(sat) = VCC VCE(sat) RC


Condition de saturation:

Comme VCE(sat) est infime comparativement VCC

La valeur minimale de courant la base requise pour produire la saturation est:

IB(min) = IC(sat)

CC IB doit tre sensiblement plus lev que IB(min) pour garder

le transistor en mode de

saturation

Transistor comme interrupteur Lorsque londe carr est

0V, le transistor est bloqu

Aucun IB donc aucun IC

DEL est teinte

Lorsque londe carr est max., le transistor est

sature

DEL est en polarisation directe

IC permet DEL est allume

Consquemment, la DEL clignote chaque seconde

Transistors bipolaires

jonction

Botiers de transistors

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Semaine No 5