Transistors : Bipolaire - MOS

LE TRANSISTOR BIPOLAIRE

Introduction et Définitions - L'Effet transistor - Régime statique - Applications 

 

Caractéristiques statiques : montage base commune :

Caractéristique d'entrée.

Courant d'entrée IE fonction de la tension d'entrée VEB pour diverses tensions de sortie VCB;

C'est la caractéristique courant-tension de la jonction EB polarisée en direct. Elle est pratiquement indépendante de la tension de sortie VCB.

Caractéristique de sortie.

Courant de sortie IC fonction de la tension de sortie VCB pour différents courants d'entrée IE.

  • IC pratiquement constant égal à IE pour VCB compris entre 0 et la tension de claquage de la jonction collecteur base.
  • Les caractéristiques ne sont pas parfaitement horizontales à cause de l'effet EARLY.
  • Lorsque la tension de sortie s'approche de la tension de claquage, IC croit brutalement et devient plus grand que IE car le coefficient de multiplication M devient grand.
  • Quand IE = 0, IC = courant de fuite de la jonction CB : ICB0.

Caractéristiques statiques : montage émetteur commun :

Caractéristique d'entrée.

Courant d'entrée IB en fonction de la tension d'entrée VBE pour diverses tensions de sorties VCE.

Cette caractéristique a l'allure de la courbe I(V) de la jonction EB polarisée en direct, mais l'échelle des courants est fois plus petite car  IB = IC/ .

Caractéristique de sortie.

Courant de sortie IC fonction de la tension de sortie VCE pour différents courants IB.

Selon la relation  , les caractéristiques devraient être horizontales. Mais l'effet EARLY explique la variation de en fonction de VCE. En effet quand VCE , VCB ,VBC devient plus négatif donc et  aussi.

Lorsque IB = 0, IC = ICE0 comme ICE0 ICB0, le courant de fuite est nettement plus grand que le courant inverse de la jonction collecteur-base.

Lorsque VCE --> 0, il arrive un moment où VCE < VBE, la jonction collecteur-base se met en direct et on observe un courant  collecteur qui ne dépend plus du courant base.

Enfin lorsque la tension VCE devient grande, on retrouve le même phénomène de multiplication des porteurs dans la jonction collecteur base (M>>1) qui entraîne une brusque augmentation du courant IC.

Fonctionnement en mode saturé :

  • Si VBE > VCE cela entraîne VBC >0.
  • Les 2 jonctions émetteur base et collecteur base sont polarisées en direct.
  • Le courant IB est important, le courant IC ne dépend plus du courant IB mais uniquement du circuit extérieur.
  • La tension VCE est très faible (0.1 à 0.3 V).
  • Le profil de la densités des porteurs injectés (figure ci contre) montre qu'il y a une charge excédentaire dans la base QBX par rapport au fonctionnement normal.

On verra ultérieurement l'influence importante de cette charge dans l'étude de la commutation du transistor.

Le courant IC est important, la tension VCE est pratiquement nulle, on dit que le transistor et à l'état ON ou en régime de basse impédance.

Fonctionnement en mode bloqué :

  • VBE < 0,et VBC < 0.
  • Les 2 jonctions émetteur-base et collecteur-base sont polarisées en inverse.
  • Toutes deux enlèvent des porteurs minoritaires de la base qui se trouve presque totalement vidée d'électrons.
  • Les porteurs majoritaires restent dans la base.
  • Les courants IE et IC sont des courants de fuite donc très faibles.

Le courant Ic est très faible, la tension VCE est quelconque, on dit que le transistor est à l'état OFF ou en régime de haute impédance.

Variation du gain en fonction du courant :

dans l'étude des gains, on a négligé la recombinaison des porteurs dans la ZCE de la jonction émetteur-base.

Le courant total dans la jonction et égal au courant JnE qui injecte les électrons dans la base et du courant de recombinaison JnBE des électrons dans la ZCE

JnBE varie comme exp(qVBE/2kBT)  alors que JnE varie comme exp(qVBE/kBT) donc le courant JnBE est comparable  à JnE uniquement pour les faible valeurs de VBE donc les faibles courants JE

JnBE est un courant "parasite", il entraîne une diminution des gains   et

Aux forts niveaux d'injection (IE, IC importants) plusieurs phénomènes entraînent une diminution de et de .
  • la base réagit à une forte injection de porteurs minoritaires pour garder la neutralité électrique (effet KIRK).
  • il apparaît dans la base un champ électrique qui s'ajoute à l'effet de diffusion des porteurs.

En conséquences, les phénomènes de recombinaison dans la ZCE aux faibles injections et l'effet KIRK aux fortes injections déterminent une évolution des gains   et représentée sur la courbe ci-contre.

(Bernard BOITTIAUX - Université des Sciences et Technologies de Lille)