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Cours c pdf

> > Cours c pdf ; écrit le: 16 novembre 2011 par admin

Un transistor bipolaire est un dispositif électronique à base de transistors semi-conducteurs de la famille. Son principe de fonctionnement est basé sur deux jonctions PN, une en direct et une dans le sens inverse. La polarisation de la jonction PN inverse un faible courant électrique (parfois appelé transistor à effet) sera «ordre» un courant beaucoup plus important. C’est le principe de l’amplification en courant.

Histoire

La découverte du transistor bipolaire a effectivement remplacer les tubes à vide dans les années 1950 et améliorer ainsi la fiabilité et la miniaturisation des ensembles électroniques.

Point de contact-transistor

Réplique du premier transistor bipolaire, inventé par deux chercheurs des Laboratoires Bell et avec succès testé 16 Décembre 1947. John Bardeen et Walter Brattain sous la direction de William Shockley avait créé un groupe de travail sur les semi-conducteurs en 1945.A premier prototype développé par Shockley ne fonctionnait pas correctement et c’est avec l’aide de physiciens Bardeen et Brattain il a réussi à détecter et corriger les différents problèmes liés aux champs électriques dans les semi-conducteurs. 16 décembre 1947, Bardeen et Brattain mis en place un dispositif restreint composé de germanium et de deux contacts en or qui a permis d’amplifier le signal d’entrée par un facteur de 100.Le 23 Décembre, ils l’a présenté au reste du laboratoire. John Pierce, un ingénieur en électricité, a donné le nom de «transistor» pour ce nouveau volet qui a été officiellement présenté lors d’une conférence de presse à New York Juin 30, 1948.

Transistor avec PN jonctions

Peu de temps après la découverte et Bartain Bardeen, Shockley ont tenté une autre approche basée sur la jonction PN, Russell Ohl découverte datant de 1940. travail Shockley a ouvert la voie pour la réalisation de transistors bipolaires constitués d’un NPN ou PNP sandwich. Toutefois, leur fabrication posent de vrais problèmes pour les semi-conducteurs ont été suffisamment homogeneous.A Bell Labs chimiste Gordon Teal, conçu en 1950 un procédé de purification de germanium. Morgan Sparks, Teal et d’autres chercheurs ont été en mesure de fabriquer des jonctions PN et un sandwich NSA.

Amélioration des processus de fabrication

Les deux années suivantes ont été consacrées à la recherche de nouveaux de fabrication et de traitement du germanium. Le silicium a été plus difficile à travailler que le germanium en raison de son point de fusion plus élevé, mais il a offert une plus grande stabilité aux variations thermiques. Néanmoins, il fallut attendre 1954 pour que le transistor de silicium première pourrait être atteint. En 1952, les premiers appareils ont été commercialisés avec des transistors.Bell Labs ont imposé leur expertise tout au long de la décennie, y compris le développement de l’oxyde de masquage par Carl Frosch. Cette technique offre de nouvelles perspectives pour la production de masse des transistors en silicium. Photolithographie sur des plaquettes de silicium, un procédé développé par Jules et Walter Andrus Bond en 1955, a grandement contribué à l’arrivée de nouvelles techniques d’usinage plus précis et effective.Even aujourd’hui, la photolithographie est une étape cruciale dans la réalisation de transistors.

Principe de fonctionnement

Dans ce type de transistor, l’émetteur est relié à la première zone N est polarisé à une tension inférieure à celle de la base, reliée à la zone L’émetteur LED P. / base est donc biaisé, et le courant (injection d’électrons) découle de la émetteur à la base.

En fonctionnement normal, la jonction base-collecteur est polarisée en inverse, ce qui signifie que le potentiel du collecteur est supérieure à la base. Les électrons, qui sont principalement distribués à la surface du champ de cette jonction, sont collectés par le contact de collecteur.

Idéalement, tous les courants de l’émetteur est reflété dans le collecteur. Ce courant est une fonction exponentielle de la tension base-émetteur.Un changement très faible tension induit une grande variation de courant (transconductance du transistor bipolaire est beaucoup plus élevé que celui des transistors à effet de champ).

Le courant de circulation des trous de la base vers le courant d’émetteur ajouté à la recombinaison des électrons neutralisé par un trou dans la base est le courant de base Ib, à peu près proportionnel au courant de collecteur Ic. Cette proportionnalité donne l’illusion que les contrôles de base actuel le collecteur de courant. Pour un modèle de transistor donné, les mécanismes de recombinaison sont technologiquement difficile à contrôler et le gain de Ic / Ib ne peut être certifiée au-dessus d’une certaine valeur (par exemple 100 ou 1000). Les ensembles électroniques devrait refléter cette incertitude (voir ci-dessous).

Lorsque le collecteur-base est suffisamment positive, presque tous les électrons sont collectés et le collecteur de courant ne dépend pas de cette tension et la région linéaire. Sinon, les électrons sont stationnés dans la base, se recombinent, et la chute de gain et la zone de saturation.

Principes de conception

À première vue, le transistor bipolaire semble être un symétrique, mais en pratique, les dimensions et le dopage des trois parties sont très différentes et ne peut pas renverser émetteur et le collecteur.Le principe du transistor bipolaire repose en effet sur sa géométrie, la différence de dopage entre ses différentes régions et même la présence d’une hétérojonction.

modèle Ebers-Moll

circuit amplificateur

La polarisation

La polarisation mettra le point de repos du transistor (transistor de l’état si aucun signal n’est appliqué) à l’endroit désiré de sa caractéristique. La position de ce point de repos va faire les tensions et les courants de repos et le classement et la classe de l’amplificateur (A, B, AB ou C).

Parce que des capacités de liaison et de découplage, la relation entre le courant / tension montages transistor de sortie est souvent différent entre les régimes statique et dynamique. Pour étudier le comportement de l’ensemble sous le régime statique et dynamique, nous calculons les lignes de charge dans ces éditer deux cases.The point de polarisation est à l’intersection de ces deux caractéristiques.

Droit statique

La meilleure façon de polariser un montage de type ‘émetteur commun’ est montré dans le schéma des inconvénients. L’émetteur est mise à la terre, la base est reliée à la tension d’alimentation Vcc par R1, le collecteur est relié à VCC à travers R2. Pour des raisons de simplification, l’ensemble n’est pas chargé.La relation entre les résistances R1 et R2 et les différentes tensions sont les suivantes:

Ce schéma simple souffre d’un défaut majeur: la résistance calculée dépendent fortement de la β gain en courant du transistor. Toutefois, ce changement de gain courant d’un transistor à l’autre (même si les transistors ont les mêmes références) et varie considérablement en fonction de la température. Avec un tel agencement, le point de polarisation du transistor n’est pas maîtrisé. Il préfère donc des montages plus complexes, mais le point de polarisation dépend moins de la β gain en courant du transistor.

Pour éviter ce problème, nous utilisons le format complet indiqué ci-dessous. Les résistances R1 et R2 forment un diviseur de tension qui fixe soit le courant de base, mais la tension entre la base et le zéro. La relation entre le courant et la tension peut être écrite comme:

Le courant de polarisat
ion est alors indépendante du gain en courant β du transistor et est stable en fonction de la température. Ce rapprochement est également en hausse de choisir R1 et R2 pour que le courant qui les traverse est grand devant EB0. Ainsi, la tension appliquée à la base du transistor dépend EB0 base peu de courant.

La ligne est une ligne statique établi dans la figure donne une fonction de Vce Ic.Elle passe par le point Vcc sur l’axe x et le point Vcc / (R3 R4) sur l’axe des y Pour une tension d’alimentation, la résistance R3 et R4 de charge émetteur de données, la ligne de charge indique le point de fonctionnement.

Les caractéristiques dynamiques

La présentation complète d’un amplificateur à émetteur commun est représenté dans la figure cons.Compared au schéma utilisé dans le calcul du point de polarisation, le format utilisé comprend les condensateurs de couplage plus C1 et C2, C3 et un condensateur de découplage charge RL.

Condensateurs de couplage «prévenir» la tension et courant à se répandre dans l’ensemble et se trouvent dans et ou de changer la polarisation des autres ensembles présents dans le circuit final. Les condensateurs de découplage peut «supprimer» à certains éléments (ici R4) installation dans une certaine gamme de fréquences.

Les condensateurs C2 C1, C3 et n’étaient pas représentés jusqu’à présent, parce qu’ils ont une impédance infinie à DC. La charge a été de R aussi, non pas parce que le condensateur C2 a empêché le courant dû à la polarisation de la croix et ainsi influencer l’ensemble statique.

Pour calculer les caractéristiques de l’édition en mode dynamique, il utilise un modèle petit signal du transistor.Ce modèle peut décrire le comportement du transistor autour de son modèle océanographique, de polarisation utilisée ici est aussi simple que possible. Il modélise le transistor par un Rbe résistance et une source de courant dont l’intensité est proportionnelle à la base actuelle. Si vous voulez une modélisation plus fine du transistor, l’utilisation d’un modèle plus complexe (Ebers-Moll, par exemple). des modèles de résistance Rbe la pente de la Vbe (Ib) et le point de polarisation est calculée comme suit:

avec: Vt la tension thermique, k la constante de Boltzmann, q la charge élémentaire et T la température Kelvin du transistor. A température ambiante, Vt est de 25 mV.

La transconductance peut être définie comme suit: la variation du collecteur de courant due à une variation de la tension base-émetteur et est exprimé en A / V. Il est essentiellement déterminée par l’émetteur courant Ie (fixé par le circuit de polarisation).

Puissance dissipée dans le transistor

Vbe Vce et où sont les différences de potentiel entre le collecteur et l’émetteur en continu, de base et l’émetteur, et Ic, Ib sont respectivement les courants de collecteur et de la puissance base.This ne varie pas lorsqu’un signal est appliqué à l’entrée de l’amplificateur.Comme le gain en courant (béta) du transistor est généralement très élevé (plusieurs dizaines à plusieurs centaines), le second terme est généralement négligeable.

Pourquoi calculer la puissance dissipée dans le transistor? Pour évaluer la température de jonction de ce transistor, ce qui ne peut pas dépasser environ 150 ° C pour le fonctionnement normal de l’amplificateur.

Dans notre exemple, la puissance dissipée dans le transistor est 4.2.10-3 0,65.20.10-6 = 4.2mW. La température de jonction, si la température ambiante est de 25 ° C et la résistance thermique jonction-ambiante de 500 ° C / W, est de 25 500.4,2.10-3 est 27,11 ° C.

Principes généraux pour la mise en œuvre

Depuis les paramètres d’un transistor (en particulier la β) varient avec la température et un transistor à l’autre, il n’est pas possible de calculer les propriétés des circuits (gain en tension …) avec une grande précision. Les 4 principes fondamentaux énumérés ci-dessous pour simplifier les calculs.

Le transistor de commutation

Le fonctionnement est appelé mode tout-ou-rien de fonctionnement du transistor où il est bloqué ou un courant suffisamment important pour être saturé (Vce Cod. Réduite à moins de 1V).Dans le contre figure, lorsque l’interrupteur est ouvert Int, Ib est nul, donc Ic est nul et Vc = Vcc (point B sur les caractéristiques du transistor). Par contre, lors de la fermeture Int, un courant (Vcc – Vbe) / RB circule dans la base de données. Le transistor va donc essayer d’absorber un collecteur de courant Ic est égal β.Ib. Cependant, en général, la charge RL est choisie pour que Ic est limitée à une valeur inférieure à β.Ib généralement 10.Ib. Le transistor est alors saturé (point A sur les caractéristiques).

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