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Électronique

Le transistor bipolaire

Dit également transistor BJT, on peut le voir comme un interrupteur et un amplificateur de courant. Il en existe 2 types : NPN et PNP.

Symboles :

transistor bipolaire

3 branches : la base (B), le collecteur (C) et l’émetteur (E).

Caractéristique :
    Etudions la caractéristique d’un NPN :

caractéristique d’un NPN

    Le principe est simple : toujours pour un NPN :

– si un courant Ib est appliqué sur la base et que la tension Vce est positive, alors le transistor conduit => présence de Ic et Ie.
– sinon le transistor est bloqué => pas de Ic ni de Ie.

    Etudions les différents modes de fonctionnement d’un NPN :

    Pour les explications, utilisons le petit montage (dit de polarisation) ci-dessous :

Polarisation NPN

    D’après la loi des mailles, on a : E = Rc.Ic + Vce => Ic = (E – Vce) / Rc , cette équation est appelée « droite de charge ».
    Traçons-la (en bleu) sur la caractéristique du npn :

droit de charge transistor npn

    Les différents modes de fonctionnement :

– si Ib = 0 ou Vbb <  0 ou Vbe  = 0 alors le transistor est bloqué => Ic = 0 => Vce = E (d’après la droite de charge). Le transistor peut être vu comme un interrupteur ouvert. Sur la caractéristique ci-dessus on se trouve donc au point B.

– si Ib > 0 le transistor conduit. La physique des semi-conducteurs impose alors automatiquement Vbe = 0.6 V (environ). On dit que la jonction BE est polarisée en direct. Mais 2 cas peuvent alors se présenter :

        – si Vce > Vce_sat  ( = 0.2 V environ), par exemple :  Vce = 2 V. Alors Vbc = Vbe – Vce = 0.6 – 2 = -1.4 V < 0 donc la jonction BC est polarisée en inverse. Dans ce cas Ic = ß.Ib (ß : gain en courant). Le transistor fonctionne dans un régime qualifié de linéaire, et peut être vu comme un amplificateur de courant. De plus, d’après la loi  des noeuds : Ie = Ib + Ic => Ie = (ß + 1).Ib (usuellement ß est supérieur à 100, donc on pourra faire l’approximation Ie = ß.Ib =Ic). Cela correspond au point A de la caractéristique.

        – si Vce < Vce_sat alors la jonction BC est aussi polarisée en direct, et on n’a plus les relations précédentes. En effet, dans ce cas Ic < ß.Ib. Le transistor est alors en régime de saturation. Vce_sat étant très faible (0.2 V eniron), on dira automatiquement que lorsque le transistor est saturé alors Vce = Vce_sat. Cela correspond au point S de la caractéristique.

    Petit récapitulatif :

Jonction BEJonction BCEtat du transistor NPN
BloquéeBloquéeBloqué <=> interrupteur ouvert => Ic=0
PassanteBloquéeRégime linéaire : Vbe=0.6V, Ic=ß.Ib, Vce>Vce_sat
PassantePassanteRégime saturé :Vbe=0.6V, Ic<ß.Ib, Vce=Vce_sat=0.2V

    Schéma équivalent d’un transistor NPN en AC BF (en alternatif petits signaux, pour les basses fréquences) :

transistor NPN en AC BF

rb = ß.Vt / Ic (rb de l’ordre de 1kOhms en général) avec Vt = k.T/q (k : 1,3806 × 10-23 J/K, T : température en K, q : charge élémentaire : 1,60217646 × 10-19 C), Vt = 25mV environ à 25 °C.

À noter : – il existe aussi un schéma équivalent en AC HF (hautes fréquences) mais très très compliqué : d’autres résistantes et des capacités sont mises en jeu.
              – nous avons étudier les transistors à partir de l’exemple du NPN, mais pour le PNP c’est la même chose avec des tensions inversées. Par exemple quand un PNP conduit, alors Vbe = -0.6 V => Veb =0.6 V.

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