Technologie des transistors

I.Définition :

Transistor, nom masculin (mot anglais, de transfer resistor, résistance de transfert)

1. Dispositif à semi-conducteur, qui peut amplifier des courants électriques,

engendrer des oscillations électriques et assumer les fonctions de modulation et de détection.

2. Récepteur radiophonique portatif, équipé de transistors.

Le transistor bipolaire est l’opérateur technique de base de fonctions de l’électronique telles que

l’amplification ou la commutation. Il est obtenu en insérant un barreau semi-conducteur entre

deux du type opposé. On obtient ainsi 2 possibilités :

             Le transistor NPN                                Le transistor PNP                

Les noms des 3 bornes ainsi constituées sont : la base (B), l’émetteur (E) et le collecteur (C). Les représentations symboliques des transistors nous informent sur leur type (PNP ou NPN) ainsi que sur le sens des courants.

Deux jonctions constituent le transistor, jonctions que l’on peut assimiler à 2 diodes (entre B-C et B-E) dont le sens dépend du type. Ainsi, pour permettre le passage d’un courant à travers le transistor, il faut d’abord s’assurer de la conductions ou du blocage de ces jonctions.

II. Principe de fonctionnement :

On distingue 2 modes de fonctionnement du transistor : le mode linéaire et non linéaire (ou de saturation).

La représentation ci-contre montre l’évolution des courants de base (i_B) et de collecteur (i_C) du transistor. On peut identifier alors les 2 modes de fonctionnement :

-       &nb12-Fév-2009ploite alors les propriétés d’amplification du transitor : i_C = K i_B.

-          non linéaire : à partir d’un certain courant i_B, le courant i_C  atteint une valeur maximale, le transistor est dit « saturé ». On distingue, dans ce mode, deux cas extrêmes traduisant un fonctionnement binaire, tout ou rien, très utilisé dans les composants logiques.

Très souvent, dans les différentes structures organisées autour du transistor, on distingue :

·         un circuit de commande sensé déterminer le régime de fonctionnement de transistor ou constituant un signal ‘source’,

·         le circuit de charge qui intervient dans l’état de fonctionnement du transistor et influe sur les paramètres électriques environnants.

III. Expérimentation :

On choisit différents câblage du transistor BC547 afin de vérifier son comportement et en déduire ses principales caractéristiques.

Fig. 1: La base étant laissée « en l’air », l’ampoule reste éteinte ; apparemment aucun courant i_C ne circule.

Fig. 2 : Un courant i_B circule entre la jonction B-E, celle-ci est donc conductrice.

Fig. 3 : La réunion des deux montages précédent permet d’allumer l’ampoule.

Questions :

1.       Représenter indépendamment les schémas relatifs aux figures 1, 2 et 3 en annotant les bornes du transistor (B, C, E), en fléchant tous les courants (i_C, i_B, i_E) et en représentant toutes les tensions (V_BE, V_CE, U_PILE).

2.       Fig. 1 : Que vaut le courant i_C ? Que vaut la tension U aux bornes de l’ampoule ? Que vaut V_BE, V_CE ?

Comment est la jonction B-E ? Pourquoi ?

3.       Fig. 2 : Que vaut le courant i_C ? Que vaut le courant i_B ? Que vaut V_BE, V_CE ? Comment est la jonction B-E ? Pourquoi ?

4.       Fig 3 : Que vaut le courant i_C ? Que vaut le courant i_B ? Que vaut V_BE, V_CE ? Comment est la jonction B-E ?

5.       Conclure sur l’état de la jonction B-E, et les valeurs des courants qui permettent d’allumer l’ampoule. Quel est, dans ce cas, le régime de fonctionnement du transistor ?

IV. Synthèse : Caractéristiques électriques du transistor

Zone de fonctionnement linéaire

Le courant i_C est proportionnel au courant i_B. On exprime ceci à l’aide de la relation suivante : i_C = b . i_B

où b est appelé gain en courant du transistor.

On trouve la valeur de b dans les documentations constructeur (quelques fois, sous le nom H_fe).

La tension V_CE est différente de 0V. Elle a une valeur comprise entre 0V et la tension d’alimentation du montage.

La jonction base-émetteur est passante (ou conduit), ainsi V_BE = 0,7V.

Nous obtenons bien dans ce cas une amplification en courant.

Le transistor est dit « passant ».

Zone de saturation du transistor

Le courant i_C n’est plus proportionnel au courant i_B. Il a atteint une valeur maximale qui dépend du contexte de son utilisation, à savoir le montage électronique utilisé. Il est ainsi comparable à un interrupteur fermé.

Dans cette zone :

-          la tension V_CE= V_CEsat est égale à 0V (cas idéal, sinon V_CE vaut quelques centaines de mV)

-          le courant i_C < b i_B  ou exprimé de façon différente : i_B > i_C/b

Zone où le transistor est bloqué :

Lorsque le transistor n’est dans aucun des cas précédemment énoncés, le transistor est dit « bloqué ». dans ce cas, on l’assimile à un interrupteur ouvert et : i_B = 0  ou  V_BE <  0,7V ; i_C = 0.

V.            Détermination de l’état d’un transistor :

1.       Calculer I_Csat. Le transistor étant considéré comme saturé, prendre V_Cesat.

2.       Calculer I_Bsat. Avec la relation : I_Bsat = I_Csat / b_mini.

3.       Calculer I_Bréel.

4.       Conclure sur l’état du transistor :

 

       

VI.  Exemple d’un transistor en régime de commutation :

Le fonctionnement du transistor en commutation est un fonctionnement en tout ou rien, c'est à dire :

I_B existe alors I_C existe alors V_CE = V_CEmin = V_CEsat

I_B n’existe pas alors I_C n'existe pas alors V_CE = V_CEmax = VCC

Bien souvent on idéalise la courbe de saturation du transistor en la confondant avec l'axe I_C. C'est ce que nous faisont en traçant dans le réseau de sortie la droite de charge statique du montage.

Le transistor fonctionne en commutation, le point de fonctionnement du transistor se situera :

en B : Transistor bloqué, I_C = 0, V_CE = VCC, et étant donné la relation du transistor bipolaire I_C = b . I_B donc I_B = 0.

en S : Transistor saturé, I_C = I_Csat = VCC / RC et I_B = I_Bsat = I_Csat / b mini.