PRINCIPE ET CARACTÉRISTIQUES

INTRODUCTION À L’EFFET TRANSISTOR
Nous avons déjà vu à propos de la diode que si celle-ci est polarisée en inverse, les porteurs minoritaires (électrons de la zone P et trous de la zone N, créés par l’agitation thermique) traversent sans problèmes la jonction et sont accélérés par le champ extérieur.
On a vu aussi que lorsque les porteurs majoritaires d’une zone franchissent la jonction, ils deviennent minoritaires dans l’autre zone, et qu’ils mettent un certain temps à se recombiner avec les porteurs opposés.
Partant des deux remarques précédentes, on peut déduire que si on injecte dans la zone N d’une jonction NP polarisée en inverse beaucoup de trous (qui seront dans cette zone des porteurs minoritaires) en faisant en sorte qu’ils ne se recombinent pas avec les électrons de la zone N, ils vont traverser la jonction et créer un courant dans le circuit extérieur.
La Figure 1 illustre ce propos : il y aura des recombinaisons (charges + et – encerclées), mais limitées, et la plupart des trous iront dans la zone P et formeront le courant I. A noter que les recombinaisons correspondent au courant I.

LE TRANSISTOR RÉEL.
Ce que nous venons de décrire n’est ni plus ni moins que l’effet transistor : il ne manque que le moyen d’injecter des trous dans la zone N et de faire en sorte que les recombinaisons soient faibles, pour que la majorité des trous passent dans la zone P.
Principe de fonctionnement.
Dans le transistor réel, on va apporter les trous en créant une jonction PN, que l’on va polariser en direct. On rajoute pour ce faire une zone P sur la zone N du montage de la Figure 1. Cette zone P qui injecte les trous est alors l’émetteur, et la zone N, faiblement dopée est la base. Comme dans le schéma de la Figure 1, la jonction NP est polarisée en inverse. La deuxième zone P est le collecteur (voir Figure 2).
Les trous injectés dans la base par l’émetteur ont une faible probabilité de se recombiner avec les électrons de la base pour deux raisons :
• la base est faiblement dopée, donc, les porteurs majoritaires (électrons) seront peu nombreux.
• la base est étroite, et donc les trous émis sont happés par le champ électrique collecteur-base avant d’avoir pu se recombiner (la largeur de la base est petite devant la longueur de diffusion des porteurs minoritaires injectés par l’émetteur, qui sont ici les trous).
On peut observer le phénomène d’un point de vue différent : quand on injecte un électron dans la base, l’émetteur devra envoyer plusieurs trous dans la base pour qu’il y en ait un qui se recombine avec l’électron émis. Les autres trous vont passer directement dans le collecteur.
En première approximation, le nombre de trous passant dans le collecteur est proportionnel au nombre d’électrons injectés dans la base.
Ce rapport de proportionnalité est un paramètre intrinsèque au transistor et s’appelle le gain en courant β.
Il ne dépend que des caractéristiques physiques du transistor : il ne dépend ni de la tension inverse collecteur base, ni du courant circulant dans le collecteur. (ceci n’est qu’une approximation, mais dans les hypothèses de petits signaux, c’est assez bien vérifié.).
On a les relations suivantes :
Constitution et caractéristiques physiques d’un transistor.
Un transistor bipolaire est donc constitué de trois zones de silicium alternativement dopées N et P, formant deux jonctions PN.
Le transistor décrit au paragraphe précédent comporte deux zones P et une zone N. C’est une des deux façons d’agencer les jonctions pour fabriquer un transistor :
• soit une zone P, une N et une P : le transistor est dit PNP.
• soit une zone N, une P et une N : le transistor est dit NPN.
Dans les deux cas, la zone centrale (base) est très étroite vis à vis de la longueur de diffusion des porteurs minoritaires issus de la zone adjacente (l’émetteur).
La base possède en outre la caractéristique d’être très faiblement dopée en comparaison de l’émetteur.
Courants de fuite.
La relation (0.1) n’est qu’imparfaitement vérifiée pour une autre raison : si on reprend le schéma de Figure 2. et qu’on coupe la connexion de la base (I= 0), on s’aperçoit que le courant circulant dans le collecteur n’est pas nul, dû à des porteurs minoritaires qui passent de la base dans le collecteur. Ce courant est nommé I. La relation (0.1) devient donc :
En pratique, aux températures ordinaires, ce courant de fuite sera négligé. On verra par la suite qu’on s’arrangera pour polariser les montages de telle manière que le point de polarisation soit quasiment indépendant du courant de fuite.
Symboles, tensions et courants.
Dans le symbole du transistor (Figure 3 et Figure 4), une flèche désigne l’émetteur ainsi que le sens de circulation du courant d’émetteur ; c’est le sens de cette flèche qui va repérer le type de transistor :
NPN pour un courant d’émetteur sortant du transistor, et PNP dans le cas inverse.
La base est représentée par une barre parallèle à l’axe collecteur-émetteur. D’autres symboles existent, mais celui-ci est le plus usité.
Les transistors sont des composants polarisés : les courants indiqués sont les seuls possibles pour un fonctionnement correct. En conséquence, il faudra choisir le type de transistor adapté au besoin (NPN ou PNP) et faire attention au sens de branchement.
Transistor NPN
Dans ce type de transistor, les courants de base et de collecteur sont rentrants, et le courant d’émetteur est sortant. Les tensions V
BE et V sont ici positives.
Transistor PNP CE
Dans ce type de transistor, les courants de base et de collecteur sont sortants, et le courant d’émetteur est rentrant. Les tensions V
BE et V CE sont ici négatives.

CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES
Pour ce paragraphe, nous allons étudier les caractéristiques des transistors NPN. Celles des transistors PNP sont les mêmes aux réserves de signes décrites au paragraphe précédent.
Les transistors NPN sont plus répandus car ils ont de meilleures performances que les PNP (la conductibilité du silicium N est meilleure que celle du silicium P, ainsi que la tenue en tension).
Montages de base.
Quand on branche un transistor, si on s’arrange pour qu’il y ait une patte commune à l’entrée et à la sortie du montage, il y a 3 manières fondamentales de procéder :
– la patte commune est l’émetteur : on parle de montage émetteur commun. L’entrée est la base et la sortie le collecteur.
– La patte commune est la base : on parle de montage base commune. L’entrée est l’émetteur et la sortie le collecteur.
– La patte commune est le collecteur : on parle de montage collecteur commun. L’entrée est la base et la sortie l’émetteur.
Nous reverrons ces trois montages fondamentaux dans un chapitre spécifique.
Schéma de mesure des caractéristiques.
Les caractéristiques qui suivent sont données pour un montage émetteur commun. Le schéma le plus simple est le suivant :
Dans ce schéma, la base est polarisée en direct par la résistance de base Rb : le potentiel de la base est alors de 0,7V environ, car l’émetteur est à la masse et la jonction base émetteur est l’équivalent d’une diode passante.
Le collecteur est lui polarisé par la résistance de collecteur Rc de telle manière que la tension du collecteur soit supérieure à la tension de la base : la jonction base collecteur est alors polarisée en inverse.
On polarise donc convenablement le transistor avec une simple alimentation et deux résistances.
Dans ce montage, l’entrée est la base et la sortie est le collecteur.
L’entrée est caractérisée par les deux grandeurs I
B et V BE, et la sortie par les grandeurs I, soit 4 variables.

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Electronique transistor bipolaire (275.35 KB) (Cours PDF)