l`essentiel sur le transistor bipolaire

L’ESSENTIEL SUR LE TRANSISTOR BIPOLAIRE
(ex : BC547, NPN)
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 (iB) et de
collecteur (iC) du transistor. On peut identifier alors les 2 modes de
fonctionnement :
- linéaire : le courant iC est directement proportionnel au courant iB , on
exploite alors les propriétés d’amplification du transitor : iC = K iB.
-
non linéaire : à partir d’un certain courant iB, le courant iC 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.
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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 iC ne
circule.
Fig. 2 : Un courant iB 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.
2.
3.
4.
5.
IV.
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 (iC, iB, iE) et en représentant toutes les tensions (VBE, VCE, UPILE).
Fig. 1 : Que vaut le courant iC ? Que vaut la tension U aux bornes de l’ampoule ? Que vaut VBE, VCE ?
Comment est la jonction B-E ? Pourquoi ?
Fig. 2 : Que vaut le courant iC ? Que vaut le courant iB ? Que vaut VBE, VCE ? Comment est la jonction B-E ?
Pourquoi ?
Fig 3 : Que vaut le courant iC ? Que vaut le courant iB ? Que vaut VBE, VCE ? Comment est la jonction B-E ?
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 ?
Synthèse : Caractéristiques électriques du transistor
Zone de fonctionnement linéaire
Le courant iC est proportionnel au courant iB. On exprime ceci à l’aide de la relation suivante : iC = β . iB
où β est appelé gain en courant du transistor.
On trouve la valeur de β dans les documentations constructeur (quelques fois, sous le nom Hfe).
La tension VCE 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 VBE = 0,7V.
Nous obtenons bien dans ce cas une amplification en courant.
Le transistor est dit « passant ».
Zone de saturation du transistor
Le courant iC n’est plus proportionnel au courant iB. 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 VCE= VCEsat est égale à 0V (cas idéal, sinon VCE vaut quelques centaines de mV)
- le courant iC < β iB ou exprimé de façon différente : iB > iC/β
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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 : iB = 0 ou VBE < 0,7V ; iC = 0.
V.
Détermination de l’état d’un transistor :
1.
Calculer ICsat. Le transistor étant considéré comme saturé, prendre VCesat.
2.
Calculer IBsat. Avec la relation : IBsat = ICsat / βmini.
3.
Calculer IBréel.
4.
Conclure sur l’état du transistor :
Transistor saturé si : IBréel > IBsat
Transistor passant si : IBréel < IBsat
Transistor bloqué si : IBréel = 0
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 :
IB existe alors IC existe alors VCE = VCEmin = VCEsat
IB n’existe pas alors IC n'existe pas alors VCE = VCEmax = VCC
Bien souvent on idéalise la courbe de saturation du transistor en la confondant avec l'axe IC. 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, IC = 0, VCE = VCC, et étant donné la relation du transistor bipolaire IC
= β . IB donc IB = 0.
en S : Transistor saturé, IC = ICsat = VCC / RC et IB = IBsat = ICsat / β mini.
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