amplificateur à transistor
bipolaire pdf
transistor bipolaire collecteur commun
transistor bipolaire fonctionnement
conclusion transistor bipolaire
cours transistor bipolaire ppt
transistor bipolaire
Transistor point-contact[modifier | modifier
le code]
Ce
transistor est la réplique du premier transistor bipolaire, inventée par deux
chercheurs des laboratoires Bell et testé avec succès le . John Bardeen et Walter Brattain sous
la direction de William Shockley avaient
mis en place un groupe de travail sur les semi-conducteurs dès 1945. Un premier
prototype développé par Shockley ne fonctionna pas correctement et c'est avec
l'aide des physiciens Bardeen et Brattain qu'il réussit à détecter et corriger
les divers problèmes liés aux champs électriques dans les semi-conducteurs.
Bardeen et Brattain mirent alors en place un petit dispositif composé de
germanium et de deux contacts en or qui permettait d'amplifier le signal en
entrée d'un facteur 100. Le , ils le présentèrent au reste du laboratoire. John Pierce, un
ingénieur en électricité, donna le nom de « transistor »1 à ce nouveau composant
qui fut officiellement présenté lors d'une conférence de presse à New York le .
Transistor avec des jonctions PN[modifier | modifier le code]
Peu
après la découverte de Bardeen et Brattain, Shockley tenta une autre approche
basée sur les jonction P-N, une
découverte de Russell Ohl remontant
à 1940. Les travaux de Shockley ouvrirent la
voie pour la réalisation des transistors bipolaires composés d'un sandwich NPN
ou PNP. Toutefois, leurs fabrications posaient de réels problèmes car les
semi-conducteurs étaient insuffisamment homogènes. Un chimiste du laboratoire
Bell, Gordon Teal,
mit au point en 1950 un procédé de purification du germanium2. Morgan
Sparks, Teal et d'autres chercheurs purent fabriquer des jonctions
PN puis un sandwich NPN
Types et
symboles[modifier | modifier
le code]
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PNP |
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NPN |
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Symboles de transistors bipolaires Légende : |
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Les
catalogues de transistors comportent
un nombre élevé de modèles. On peut classer les transistors bipolaires selon
différents critères :
·
le type : NPN ou
PNP. Ce sont deux types complémentaires, c'est-à-dire que le sens des courants
et tensions pour le PNP est le complément de ceux du NPN. Les transistors NPN
ayant en général des caractéristiques meilleures que les PNP (en termes de
bande passante), ils sont les plus utilisés. La suite de l'article discutera
donc uniquement les circuits utilisant des transistors NPN ;
·
la puissance : les
transistors pour l'amplification de petits signaux ne dissipent que quelques
dizaines ou centaines de milliwatts. Les transistors moyenne puissance
supportent quelques watts ; les transistors de puissance, utilisés par
exemple dans les amplificateurs audio de puissance ou dans les alimentations
stabilisées peuvent supporter, à condition d'être placés sur un dissipateur thermique adéquat,
plus de 100 W ;
·
la gamme de
fréquence : transistors pour fréquences basses (fonctionnent correctement
jusqu'à quelques MHz), moyennes (jusqu'à quelques dizaines de MHz), hautes
(jusqu'à quelques GHz), encore plus hautes (fréquences maximales d'oscillation
de plusieurs centaines de GHz).
La
figure ci-contre montre le symbole et indique le nom des trois électrodes des
transistors. On peut donc distinguer trois différences de potentiel
intéressantes : VBE, VCE et VCB ;
et trois courants : courant de base IB, d'émetteur IE et
de collecteur IC.
Cependant, ces six variables ne sont pas indépendantes. En effet, on peut
écrire :
et
Certains
constructeurs proposent de nombreux réseaux de caractéristiques, mais cette
tendance est en voie de disparition. De plus, il faut savoir que les paramètres
typiques des transistors se modifient avec la température, et varient fortement
d'un transistor à l'autre, même pour le même modèl
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Principe
de fonctionnement[modifier | modifier le code]
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Principe
physique du transistor NPN
Nous
prendrons le cas d'un type NPN pour lequel les tensions VBE et
VCE, ainsi que le courant entrant à la base, IB, sont
positifs.
Dans
ce type de transistor, l'émetteur, relié à la première zone N, se trouve polarisé à
une tension inférieure à celle de la base, reliée à la zone P. La diode émetteur/base
se trouve donc polarisée en direct, et du courant (injection d'électrons) circule de l'émetteur vers la base.
En
fonctionnement normal, la jonction base-collecteur est polarisée en inverse, ce
qui signifie que le potentiel du collecteur est bien supérieur à celui de la
base. Les électrons, qui ont pour la plupart diffusé jusqu'à la zone de champ
de cette jonction, sont recueillis par le contact collecteur.
Modèle
simple d'un transistor en fonctionnement linéaire
Idéalement
tout le courant issu de l'émetteur se retrouve dans le collecteur. Ce courant
est une fonction exponentielle de la tension base-émetteur. Une très petite
variation de la tension induit une grande variation du courant (la
transconductance du transistor bipolaire est très supérieure à celle des transistors à
effet de champ).
Le
courant des trous circulant de la base vers l'émetteur ajouté au courant de
recombinaison des électrons neutralisés par un trou dans la base correspond au
courant de base IB, grossièrement proportionnel au courant de
collecteur IC. Cette proportionnalité donne l'illusion que le
courant de base contrôle le courant de collecteur. Pour un modèle de transistor
donné, les mécanismes de recombinaisons sont technologiquement difficiles à
maîtriser et le gain IC⁄IB peut
seulement être certifié supérieur à une certaine valeur (par exemple 100 ou
1000). Les montages électroniques doivent tenir compte de cette incertitude
(voir plus bas).
Lorsque
la tension collecteur-base est suffisamment positive, la quasi-totalité des
électrons est collectée, et le courant de collecteur ne dépend pas de cette
tension ; c'est la zone linéaire. Dans le cas contraire, les électrons
stationnent dans la base, se recombinent, et le gain chute ; c'est la zone
de saturation.
Deux
autres modes moins fréquents sont possibles, à savoir une mode ouvert, où la
polarisation des deux jonctions, vues comme des diodes, oppose celles-ci au
passage de courant, et le mode actif-inversé qui échange le collecteur et
l'émetteur dans le mode « n mal ». La conception du transistor
n'étant pas optimisée pour ce dernier mode, il n'est que rarement utilisé
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