LES TRANSISTORS BIPOLAIRES
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LES TRANSISTORS BIPOLAIRES
Première STI Electronique Lycée St Louis CREST LES TRANSISTORS BIPOLAIRES I ) Symboles Il existe deux types de transistors bipolaires qui sont les NPN et les PNP. C E B E : Émetteur. C : Collecteur. B : Base. B E C Type : NPN Type : PNP La flèche symbolise toujours l’émetteur. Les transistors sont des semi-conducteurs contrôlables qui offrent deux types de fonctionnement. Ces deux types sont : - fonctionnement en Bloqué - Saturé. - fonctionnement en Amplificateur de courant ( linéaire ). II ) Caractéristiques générales On donne des noms aux différents courants et différentes tensions d’un transistor. Ic Veb Ib Vbe Vce Ie Ib Ie NPN Vec Ic PNP - Relations : - Ic = β.Ib β : Amplification en courant. - Ie = Ib + Ic - Ie ≈ Ic car Ic est grand devant Ib. 20 < β < 1000 On peut donc dire à partir de ces relations que plus le courant de Base est important et plus le courant Collecteur est grand. Cela donne bien un AMPLIFICATEUR de courant. - Caractéristiques : Ic Régime linéaire Amplification en courant Ib Vce Vce sat Caractéristique non exploitée Vbeo = 0.6V Vbe III ) Fonctionnement en Bloqué - Saturé Dans ce type de fonctionnement, le transistor est assimilé à un simple INTERRUPTEUR qui est commandé par l’intermédiaire de la Base. Type NPN : B C Ib C B Ib = 0 E Ib Ib > Ib sat BLOQUE SATURE Type PNP : B E Ib Ib = 0 BLOQUE E E B C Ib Ib > Ib sat C SATURE Remarques : Lorsque le transistor est saturé, la tension Vce n’est pas tout à fait égale à zéro mais à Vce sat de l’ordre du volt. Exemple : On veut commander une LED (diode électroluminescente ) à partir de la sortie d’une porte logique. Vcc = +12V LED LED: Vcc = +12V Rc Rb S & Commande : C T Lorsqu’elle est passante, la LED a une tension à ses bornes qui est Vd. Pour qu’elle éclaire, il faut un courant égal à Id. Caractéristiques des composants utilisés : T: D: &: β = 100 Vce sat = 1.2V Vd = 1.5V Id = 10mA porte NAND 4011 Vbe = 0.6V 1 ) Niveaux en sortie de la porte NAND. Lorsque la commande C est au niveau logique HAUT, S = ’ 0 ’ Lorsque la commande C est au niveau logique BAS, S = ’ 1 ’ S = 12V S = 0V 2 ) Calcul de Rc. Rc sert à limiter le courant dans la LED. Pour que la LED éclaire, il faut que le transistor soit fermé (SATURE). - Maille de sortie : On peut écrire l’équation suivante : Vcc = Vd + VRc + Vce Vce = Vce sat = 1.2V d’où : Rc = ( Vcc - Vd - Vce sat ) / Id = 930 Ω Choix technologique : Série E24 : Rc = 910 Ω. Calcul du courant réel : Ic = ( Vcc – Vce sat – Vd ) / Rc = ( 12 – 1,2 – 1,5 ) / 910 = 10,2 mA. 3 ) Calcul de Rb. - Rb sert à établir un courant Ib tel que le courant dans la LED soit égal à 10,2 mA. - Lorsqu’un courant Ib circule la tension entre les bornes B et E est de l’ordre de 0,6V. Vbe = 0.6V - Le calcul de Rb s’effectue bien évidemment lorsque la tension au point S est au niveau haut. Maille d’entrée : On peut écrire l’équation suivante : S = Rb.Ib + Vbe Ic = β.Ib d’où Ib = Ic / β = 10,2 . 10-3 / 100 = 102 µA. S = Rb.( Ic / β ) + Vbe La résistance Rb vaut donc : Rb = ( S - Vbe ) / ( Ic / β ) = ( 12 – 0,6 ) / ( 10,2 . 10-3 / 100 ) = 111,7 kΩ. Pour être sur que le transistor sera bien saturé, on prend un coefficient de sursaturation ( K ). On sursature le transistor en lui envoyant un courant de base plus important que celui qui est nécessaire. En général on prend de 2 à 3 fois plus. Calcul de Ib si on sursature le transistor ( coefficient K = 3 ). Ib = 3 . Ic / 100 = 3 . 10,2 . 10-3 / 100 = 306 µA. Rb = ( S - Vbe ) / ( Ib ) = ( 12 – 0,6 ) / ( 306 . 10-6 ) = 36,6 kΩ. Choix : Rb = 33 KΩ. IV ) Fonctionnement en amplificateur Un transistor peut aussi être utilisé et c’est souvent le cas, comme un amplificateur de courant. D’ailleurs, l’équation Ic = β.Ib démontre bien ce rôle. Le fait que l’on puisse amplifier le courant signifie que l’on peut aussi amplifier une tension. Exemple : Un capteur fournit une tension Vc, que l’on a amplifié. Rc Rb E capteur T Vs Vc T : β = 100 Vmini < Vc < Vmaxi Calculer les valeurs extremes de la tension de sortie Vs. Calcul de Ib : ( Vmini - Vbe ) / Rb < Ib < ( Vmaxi - Vbe ) / Rb Calcul de Ic : β.Ib mini < Ic < β.Ib maxi Calcul de Vs : ( E - Rc.Ic maxi ) < Vs < ( E - Rc.Ic mini ) (Oposition de phase)