Transistor bipolaire

1. Transistor bipolaire • Rappels • Transistor en Amplification linéaire

2. Rappels • Théorie des quadripôles • Amplification • Symboles et conventions • Équations des courants en mode actif • Modèles équivalents statiques • Caractéristiques graphiques

3. Ie Ie Ve quadripôle Vs Quadripôles • Un circuit électronique peut être vu comme un quadripôle • Deux entrées Ve et Ie • Deux sorties Vs et Is • Contenant des dipôles actifs ou passif • Cas particulier tripôle : • une borne d’entrée commune avec une borne de sortie ( transistor)

4. Paramètres des quadripôles • Définitions: tout quadripôle peut être représenté par deux équations: • Équation de Ve et Ie en fonction de Vs et Is • Équation de Ve et Vs en fonction de Ie et Is • Équation de Ve et Vs en fonction de Ie et Is • Etc. • Ex: Vs=f(Ve,Ie) et Is=f(Ve,Ie) • Vs= a Ve + b Ie • Is = c Ve + d Ie • a,b,c,d sont appelés paramètres du quadripôle

5. Paramètres statiques desquadripôles non linéaires • Soit les équations du quadripôle • Vs=f(Ve,Ie) et Is=g(Ve,Ie) • On peut tracer le réseau de courbes du quadripôles • Vs=f(Ve) à Ie cst et Vs=f(Ie) à Ve cst • Is=g(Ve) à Ie cst et Is=g(Ie) à Ve cst • En fixant Ve,Ie,Vs,Is par polarisation statique: • Le quadruplet Ve0,Ie0,Vs0,IS0 définit: • Le point de fonctionnement ou point de repos

6. Paramètres dynamiques des quadripôles non linéaires • Au voisinage du point de repos pour une variation des valeurs statiques on a: • De la forme : • aij : tangentes au voisinage du point de repos • Minuscules: variations des valeurs statiques

7. Types de paramètres Impédance Admittance Transférance Hybrides

8. Amplification • Besoins: Acquisition de grandeurs physiques: • Capteurs de température, pression,humidité… • Capteur: • élément actif ou passif dont les caractéristiques varient avec la grandeur physique • Variation faibles avec peu d’énergie • V,mV, A,mA,  ,m  • Nécessité: Amplification

9. Types d’amplification • Amplification en tension • Gain en tension : • Amplification en courant • Gain en courant: • Amplification en puissance • Gain en puissance: • Gain souvent exprimé en Décibels • Tension : 20 log|Av| • Courant : 20 log|Ai| • Puissance : 10 log|Ap|

10. Principales caractéristiques • Linéarité: • Le signal ne doit pas être déformé par la non linéarité de l’amplificateur • Bande passante: • L’amplification doit être constante sur tout le spectre du signal amplifié • Tensions d’alimentations • Rendement

11. is(t) ie(t) vs(t) ve(t) Exemple amplificateur vs vs vs Av ve

12. vi Ve Vs Non linéarité Le signal est déformé Vs Ve

13. Alimentations • L’Alimentation apporte: • L’énergie au système • Permet de le polariser Simple Simple Double

14. Bande passante • Tracée dans le diagramme de Bode • à –3dB -3dB

15. Modèles amplificateurs tension courant transconductance transrésistance

16. Symboles et conventions (1) • Il existe deux types de transistor PNP et NPN • On dispose de trois terminaux connectés aux régions internes semi-conductrices: • Collecteur • Emetteur • Base

17. Symboles et conventions (2) • Symboles transistors PNP et NPN • La flèche représente la jonction base émetteur • PN pour le NPN, NP pour le PNP

18. IC IE IB IB IE IC Polarisation en mode actif • Règles de fonctionnement en mode actif • Jonction Base Émetteur polarisée en directe • Jonction Base Collecteur polarisée en inverse • IB,IC,IE sont respectivement les courants de base, collecteur et émetteur

19. IC IB IE Équations générales • Lois fondamentales: • VBE+VCB=VCE • IE=IC+IB • IC=IB • On en déduit: • Avec

20. IC IB IE Équations Caractéristiques • Courant collecteur • Courant base • Courant émetteur

21. IC IC IC IC IB IB VBE VBE IE IE Modèles grands signaux NPN • En mode émetteur commun

22. IE VBE IE VBE IB IB IC IC Modèles grands signaux PNP • En mode émetteur commun

23. IC VCE IB VBE Paramètres hybrides statiques du transistor • En émetteur commun

24. Caractéristiques statiques • Représentation graphiques des relations qui lient courants et tensions du transistor • Découle des paramètres hybrides • Courbes caractéristique du transistor • Réseau de sortie • IC=f(VCE) à IB constant • Réseau de transfert en courant • IC=f(IB) à VCE constant • Réseau d’entrée • IB=f(VBE) à VCE constant • Réseau de transfert en tension • VBE=f(VCE) à IB constant

25. Réseau de transfert en courant • IC=f(IB) à VCE constant

26. Réseau de sortie • IC=f(VCE) à IB constant

27. Réseau d’entrée • IB=f(VBE) à VCE constant

28. Réseau de transfert en tension • VBE=f(VCE) à IB constant

29. Effets thermiques • Tension de seuil IB=f(VBE,T) • La tension décroît de 2mV par °C • Amplification de courant BETA=f(IB,T) •  augmente de 1% par °C • Courant fuite collecteur base • Double pour une élévation de 10°C

30. Courbe IC=F(VBE,T) • IC=f((VBE) à T=20°C..50°C

31. Courbe IC=f(IB,T) • BETA=f(IB,T) à T=-20°C…50°C

32. -VA Effet EARLYInterprétation graphique • IC dépend linéairement de VCE • VA tension d’Early  100V

33. IB IC VBE I VCE IE Effet EARLY Modèle grands signaux • On a alors: ou avec ou

34. Zones de fonctionnement • Interprétation graphique REGION DE CLAQUAGE REGION DE SATURATION REGION ACTIVE REGION DE BLOCAGE

35. Mode de fonctionnement • Déterminé par la connaissance de : • IC,VCE dans le réseau IC=f(VCE) à IB constant (point de fonctionnement) • Imposé par la polarisation du transistor: • dans le réseau d’entrée IB=f(VBE) • Intersection avec la droite de charge d’entrée • dans le réseau de sortie IC=f(VCE) • Intersection avec la droite de charge de sortie

36. Modes de fonctionnement usuels • Deux modes d’utilisation courante • Mode bloqué/saturé: • Utilisation en logique (tout ou rien) • Mode Actif • Amplification grands signaux • Amplification petits signaux

37. Polarisation statique • But: imposer le point de fonctionnement • Comment: Par ajout d ’éléments externes actifs ou passifs: • Générateur de tension , de courant • Résistances,inductances • Diodes, transistors • Etc • Importante: • Détermine les caractéristiques de l’ensemble

38. IC IB VCE VBE Polarisation principe • Soit le montage suivant: • Équations: d’où

39. Polarisation interprétation graphiqueréseau d’entrée VBB=0.8V RB=15K

40. Polarisation interprétation graphiqueréseau de sortie VCC=4V RC=1K 2,42mA 1,58V

41. Polarisation effets thermiquesinterprétation graphiqueréseau d’entrée • On a d’où -1/RB

42. Polarisation effets thermiquesinterprétation graphiqueréseau d’entrée • On a d’où avec -1/RC

43. Polarisation effets thermiquessynthèse • Si T° augmente: • VBE décroît et  croît • IB augmente=>IC=.IB augmente d’autant plus =>T° augmente • La point de polarisation varie donc avec T°C • IC0 augmente et VCE0 diminue • Le système risque l’emballement thermique: • Saturation ou destruction

44. Polarisation par résistance de base • Équations de mailles:

45. Polarisation par réaction d’émetteur • Ajout d’une résistance d’émetteur • On obtient: avec Soit: IB IE

46. Polarisation par réaction de collecteur • Ajout d’une résistance collecteur base • On obtient:

47. IP IB VB IE Polarisation par pont de base et résistance d’émetteur • Polarisation la plus courante: • Idem polarisation de base plus réaction d’émetteur • En supposant IP>>IB=> VB constante Alors En considérant VBE constante IC indépendant de 

48. Polarisation par pontschéma équivalent • En utilisant Thévenin

49. Transistor en Amplification • Généralités • Étude statique • Droite de charge statique • Point de fonctionnement • Étude dynamique • Modèle transistor petits signaux • Droite de charge dynamique • Montages de bases

50. IC IB VCE Transistor bipolaire en amplification principe • Soit le montage suivant: • Droite de charge statique: vi=0 avec vi