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**Le transistor bipolaire**
Leçon : Transistor

Chapitre n^o {{{numéro}}}
Chap. préc. :	sommaire
Chap. suiv. :	Transistor MOSFET

En raison de limitations techniques, la typographie souhaitable du titre, « Transistor : Le transistor bipolaire
Transistor/Transistor bipolaire », n'a pu être restituée correctement ci-dessus.

Les différentes familles de Transistors bipolaires

Les transistors bipolaires (BIP ou BJT) dont le collecteur (C) et l'émetteur (E) constituent l'accès de puissance, la base (B) et l'émetteur l'accès de commande

Les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) dont le collecteur (C) et l'émetteur (E) forment l'accès de puissance, la grille (G) et l'émetteur l'accès de commande

Ces différents familles de transistors se distinguent les uns des autres par des paramètres tel que :

la chute de tension à l'état passant ou état conducteur
la vitesse de commutation d'un état à un autre
la manière dont le circuit de commande fixe l'état, conducteur ou bloqué, de l'élément : commande par une source de courant ou par une source de tension, ...

Remarques : Ce sont des interrupteurs unidirectionnels en courant et tension. La commande permet d'obtenir l'état conducteur ou bloqué du transistor. Les commandes sont toujours commandées (seule l'ouverture peut se faire par passage par 0 du courant).

Les types de transistors

On distingue deux types de transistors : les NPN et les PNP. Leurs fonctionnements sont analogues, seules les intensités des courants changent.

Structurellement parlant, les NPN sont l'association de deux semi-conducteurs dopés N (Négativement) et un dopé P (Positivement). Les PNP sont l'inverse.

Pour la suite du chapitre, je n'étudierai que les NPN puisque pour les PNP il suffit de retourner toutes les grandeurs (exemple : si $\scriptstyle V_{ce}=10\;volts$ pour un NPN, alors pour un PNP $\scriptstyle V_{ce}=-10\;volts$ , soit $\scriptstyle -V_{ce}=10\;volts$ ).

Symboles et conventions


NPN : Toutes les grandeurs sont positives	PNP : Toutes les grandeurs sont négatives

Remarque : La seule différence de symbolisation se situe sur le sens de la flèche de l'émetteur.

Fonctionnement en commutation

Transistor bloqué

Propriété du transistor bloqué (état ouvert)

Le transistor bloqué est équivalent à un interrupteur ouvert entre C et E. Il est bloqué si la tension $\scriptstyle V_{ce}\;$ étant positive, le courant de base est nul ou négatif. Cet état s'obtient donc en laissant la base en circuit ouvert (« en l'air »), soit en reliant la base à l'émetteur par l'intermédiaire d'une résistance, soit avec une source de tension négative en série avec une résistance.

Transistor saturé

Propriété du transistor saturé (état fermé)

Le transistor saturé est équivalent à un interrupteur fermé entre C et E. En cas de forte injection dans la base, le courant circule par conduction entre C et E. Dans ce fonctionnement là, $\scriptstyle V_{be}\;$ et $\scriptstyle V_{bc}\;$ sont positives (jonctions polarisées en direct) et $\scriptstyle i_{B}>{\frac {i_{c}}{\beta }}\;$ . $\scriptstyle \beta \;$ étant le gain en courant du transistor. Il est donné par le constructeur. On observe alors $\scriptstyle V_{CEsat}\approx 0,3V\;$ alors que $\scriptstyle V_{be}\;$ est égale à la tension de seuil d'une diode en direct, c'est-à-dire $\scriptstyle V_{be}\approx 0,7V\;$ .

Remarque

Plus le transistor est saturé, plus l'injection de porteurs entraîne une charge stockée importante dans la base. Cette charge devra être extraite pour bloquer le transistor (passage par 0 du courant).

Conditions de blocage et de saturation

On retiendra :

Le blocage est caractérisé par un courant de base nul ou négatif ( $\scriptstyle V_{ce}\;$ n'est pas nulle)
La saturation est caractérisée par un courant de base tel que : $\scriptstyle i_{B}>{\frac {i_{c}}{\beta }}\;$ et $\scriptstyle V_{CEsat}\approx 0V\;$

Puissance dissipée

Le point de fonctionnement doit toujours se situer à l'intérieur d'une zone, appelée aire de sécurité, délimitée dans le réseau

I_{C}=f(V_{ce})

par le courant direct maximal admissible

I_{c_{max}}

, la tension collecteur/émetteur maximale

V_{ce_{max}}

, et la puissance maximale

P_{d_{max}}

que peut dissiper le transistor.

La puissance que doit donc dissiper le transistor vaut :

$\textstyle P=V_{BE}\times I_{B}+V_{CE}\times I_{C}\;$

1 : $\textstyle I_{C_{max}}\;$
2 : $\textstyle V_{CE_{max}}\;$
3 : « hyperbole de dissipation » $\textstyle P_{d}=I_{C}.V_{CE}\Rightarrow I_{C}={\frac {P_{d_{max}}}{V_{CE}}}\;$
4 : Résistance interne du transistor (on retrouve la courbe grâce à U = R.I)

Transistor

sommaire

Transistor MOSFET

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 |[[Fichier:Transistor IGBT.png|130px]]
 |}
-<br \>
 Ces différents familles de transistors se distinguent les uns des autres par des paramètres tel que :
 * la chute de tension à l'état passant ou état conducteur
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 === Transistor bloqué ===
+{{Propriété
-{{Propriété|titre=Propriété du transistor bloqué (état ouvert)|contenu='''Le transistor bloqué est équivalent à un interrupteur ouvert entre C et E.'''
+  | titre   = Propriété du transistor bloqué (état ouvert)
-Il est bloqué si la tension <math>\scriptstyle V_{ce}\;</math> étant positive, le courant de base est nul ou négatif. Cet état s'obtient donc en laissant la base en circuit ouvert (« en l'air »), soit en reliant la base à l'émetteur par l'intermédiaire d'une résistance, soit avec une source de tension négative en série avec une résistance.}}
+  | contenu =
+'''Le transistor bloqué est équivalent à un interrupteur ouvert entre C et E.'''
+Il est bloqué si la tension <math>\scriptstyle V_{ce}\;</math> étant positive, le courant de base est nul ou négatif. Cet état s'obtient donc en laissant la base en circuit ouvert (« en l'air »), soit en reliant la base à l'émetteur par l'intermédiaire d'une résistance, soit avec une source de tension négative en série avec une résistance.
+}}
 === Transistor saturé ===
+{{Propriété
-{{Propriété|titre=Propriété du transistor saturé (état fermé)|contenu='''Le transistor saturé est équivalent à un interrupteur fermé entre C et E.'''
+  | titre   = Propriété du transistor saturé (état fermé)
+  | contenu =
+'''Le transistor saturé est équivalent à un interrupteur fermé entre C et E.'''
 En cas de forte injection dans la base, le courant circule par conduction entre C et E.
 Dans ce fonctionnement là, <math>\scriptstyle V_{be}\;</math> et <math>\scriptstyle V_{bc}\;</math> sont positives (jonctions polarisées en direct) et <math>\scriptstyle i_B > \frac {i_c}{\beta}\;</math>. <math>\scriptstyle \beta\;</math> étant le gain en courant du transistor. Il est donné par le constructeur.
-On observe alors <math>\scriptstyle V_{CEsat} \approx 0,3 V\;</math> alors que <math>\scriptstyle V_{be}\;</math> est égale à la tension de seuil d'une diode en direct, c'est-à-dire <math>\scriptstyle V_{be} \approx 0,7 V\;</math>.}}
+On observe alors <math>\scriptstyle V_{CEsat} \approx 0,3 V\;</math> alors que <math>\scriptstyle V_{be}\;</math> est égale à la tension de seuil d'une diode en direct, c'est-à-dire <math>\scriptstyle V_{be} \approx 0,7 V\;</math>.
+}}
+{{Remarque
-''Remarque'' : Plus le transistor est saturé, plus l'injection de porteurs entraîne une charge stockée importante dans la base. Cette charge devra être extraite pour bloquer le transistor (passage par 0 du courant).
+  | contenu =
+Plus le transistor est saturé, plus l'injection de porteurs entraîne une charge stockée importante dans la base. Cette charge devra être extraite pour bloquer le transistor (passage par 0 du courant).
+}}
 === Conditions de blocage et de saturation ===
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 {| border="0"
 |-
-|Le point de fonctionnement '''doit toujours se situer à l'interieur d'une zone, appelée aire de sécurité''', délimitée dans le réseau IC=f(Vce) par le courant direct maximal admissible Icmax, la tension collecteur/émetteur maximale Vcemax, et la puissance maximale Pdmax que peut dissiper le transistor.
+|Le point de fonctionnement '''doit toujours se situer à l'intérieur d'une zone, appelée aire de sécurité''', délimitée dans le réseau <math>I_C=f(V_{ce})</math> par le courant direct maximal admissible <math>I_{c_{max}}</math>, la tension collecteur/émetteur maximale <math>V_{ce_{max}}</math>, et la puissance maximale <math>P_{d_{max}}</math> que peut dissiper le transistor.
 La puissance que doit donc dissiper le transistor vaut :
-{{Résultat|<math>\textstyle P = V_{BE}\times I_B + V_{CE}\times I_C\;</math>}}
+{{Résultat
+  | <math>\textstyle P = V_{BE}\times I_B + V_{CE}\times I_C\;</math>
+}}
-* <span style="color:#0000FF;">'''1'''</span> : <math>\textstyle I_{Cmax}\;</math>
+* <span style="color:#0000FF;">'''1'''</span> : <math>\textstyle I_{C_{max}}\;</math>
-* <span style="color:#FF0000;">'''2'''</span> : <math>\textstyle V_{CEmax}\;</math>
+* <span style="color:#FF0000;">'''2'''</span> : <math>\textstyle V_{CE_{max}}\;</math>
-* <span style="color:#C01080;">'''3'''</span> : « hyperbole de dissipation » <math>\textstyle P_d = I_C.V_{CE} \Rightarrow I_C = \frac {P_{dmax}}{V_{CE}}\;</math>
+* <span style="color:#C01080;">'''3'''</span> : « hyperbole de dissipation » <math>\textstyle P_d = I_C.V_{CE} \Rightarrow I_C = \frac {P_{d_{max}}}{V_{CE}}\;</math>
 * <span style="color:#008000;">'''4'''</span> : Résistance interne du transistor (on retrouve la courbe grâce à U = R.I)
 |[[Fichier:Transistor BJT puissance.png|300px]]