Caractérisation d’un Transistor

9.1.1 Structure:

Un transistor est formé de la juxtaposition de trois blocs de semi-conducteurs. Le dopage déterminera le type de transistor de même que la fonction de chacun des blocs.

Les noms donnés aux différents blocs sont: l'émetteur, la base et le collecteur.

9.1.2 L'émetteur:

Il est fortement dopé afin d'être capable "d'émettre" aisément des porteurs (électrons ou trous) et il est de dimension moyenne.

9.1.3 La base:

Elle est légèrement dopée car elle se doit d'être résistive et sa dimension est mince.

9.1.4 Le collecteur:

Il est moyennement dopé et de grande dimension car il a à supporter de grandes tensions en inverse et c'est aussi lui qui a à dissiper la plus grande partie de la chaleur émise par le transistor.

E B C

Dimension: moyen mince grand

Dopage: grand faible moyen

9.2 Fonctionnement (cas du npn):

La Figure 9-3 nous montre le résultat de la juxtaposition des trois blocs.

A la Figure 9-4 on prend à part la base et le collecteur. A l'intérieur de la zone de déplétion un champ électrique est créé par le dipôle présent de part et d'autre de la jonction. Si un électron est injecté à l'intérieur de ce dipôle, le champ électrique le déplacera de la base vers le collecteur.

L'injection d'électrons se fera via l'émetteur. La jonction base-émetteur étant polarisée en direct, des électrons circulent dans la base. Celle-ci étant mince, un nombre important d'électrons passent dans la zone de déplétion et sont envoyés dans le collecteur.

La jonction base-émetteur est polarisée en direct. Les électrons arrivent en grand nombre du bloc N de l'émetteur qui est fortement dopé.

Parce que la base est très mince et aussi parce que la zone de déplétion de la jonction collecteur-base a pris une forte dimension, par effet dit de diffusion les électrons pénètrent cette zone et se font repousser dans la région du collecteur.

Le nombre d'électrons se rendant à la borne électrique de la base est faible comparativement au nombre qui s'en vont dans le collecteur.

Pour un PNP c'est la même chose mais ce sont des trous cette fois-ci qui se promènent.

9.3 Caractéristiques des transistors

9.3.1 I_C vs V_CE.

Le transistor est une source de courant contrôlée. La source de courant est le collecteur et le courant de base est le contrôleur. En variant U_BB on variera de même I_B où I_B=(U_BB - U_BE). En variant U_CC on varie par le fait même U_CE. Pour différentes valeurs de I_B fixes et en variant U_CE on retrouve le graphique de la Figure 9-8.

9.3.2 Zone de saturation

Si U_CE = 0 l'effet transistor ne peut se produire, c'est-à-dire que les électrons ne peuvent être attirés vers le collecteur. A mesure que le U_CE augmente la zone de déplétion s'épaissit dans la base et les électrons sont de plus en plus poussés vers le collecteur.

9.3.3 Zone d'opération

Lorsque le U_CE n'était pas suffisamment élevé, le gain en courant b était faible. Passé une certaine valeur de U_CE, le ß se stabilise et on n'observe plus de variation de courant I_C même si U_CE varie. Le collecteur du transistor se comporte comme un générateur de courant contrôlé par le courant I_B.

9.3.4 Zone de coupure (où I_C = 0 A)

Le transistor atteint la coupure lorsque I_C = 0 A. Ce qui revient à dire que le transistor se comporte comme un circuit ouvert (coupé). On retrouve alors à ses bornes la tension de l'alimentation, c'est-à-dire que U_CE = U_CC.

A la Figure 9-9 on voit bien qu'il ne peut y avoir de courant circulant dans le collecteur du transistor s'il n'y a pas de courant de base. La résistance se trouvant en série avec le collecteur et la source U_CC ne chute alors aucune tension. On retrouve ainsi toute la tension de la source U_CC aux bornes du transistor (U_CE), celui-ci étant un circuit ouvert. Si on regarde cependant sur le graphique I_C vs U_CE (Figure 9-8), lorsque I_B vaut 0A, un très faible courant de collecteur est présent. La raison de ce phénomène est qu'un courant de coulage est présent entre le collecteur et la base du transistor créant ainsi un courant de base non-désiré par l'intérieur du transistor.

9.3.5 ß en fonction de I_C et de la température

Le gain en courant d'un transistor (ß) varie énormément. La Figure 9-10 montre une variation typique du ß. A une température donnée le ß passe par une valeur maximale à mesure que le courant de collecteur augmente. Les variations du ß peuvent être dans l'ordre de 3 pour 1 à l'intérieur des limites d'utilisation utiles du transistor; cela dépend évidemment aussi du type de transistor. Un changement dans la température ambiante a aussi un effet sur le ß.

Dans le pire des cas, où la température et le courant I_C vont varier de beaucoup, le ß peut varier jusque dans des proportions de 9 pour 1. Rappelez vous que la conception d'un circuit exigeant une valeur précise du ß est condamnée à l'échec dès le départ. Une bonne conception signifie d'arriver à des circuits qui ne dépendent pas de la valeur de ß.

9.3.6 Tension de rupture

BU_CEO (tension de rupture): C'est la tension (U_CE) à laquelle le transistor se met à conduire sans I_B. La jonction collecteur-base atteint UR max.

I_CEO: Courant de collecteur résiduel même s'il n'y a pas de I_B. Ceci est causé par la multiplication de Is par le ß du transistor

On notera aussi l'effet de R_R de la jonction base-collecteur. À mesure que U_CE augmente, un courant est apporté à la base par cette résistance de coulage et sera aussi multiplié par le ß. Son effet sera de donner une légère pente aux courbes I_C vs U_CE.

9.3.7 Puissance dissipée

Un transistor comme tout autre élément électronique a une puissance maximum à dissiper. On appellera la zone délimitée par le produit I_C x U_CE = Pmax, la zone d'équipuissance. (Pourquoi? Parce que passé cette zone, "il cuit"!)

Par exemple un 2N4401 peut dissiper au maximum 500 mWatt. Il ne faut donc pas utiliser le transistor dans la zone où I_C x U_CE > 500 mW. On peut trouver cette zone sur le graphique I_C vs U_CE:(Figure 9-12)

9.4 Exercices

Caractéristiques des transistors

En utilisant les caractéristiques fournies en classe ou se trouvant en bibliothèque, trouver les caractéristiques des transistors demandées (si elles sont disponibles).

Numéro	Type	IC max.	P max.	BUCE0	b (HFE)	Rqjc	Rqja	Type de boîtier
2N3903
2N3905
2N5087
2N5089
2N2222
2N3055
MJ2955
TIP31C
TIP32C
TIP141
TIP146
MJ15001
J15002
MJ15003
MJ15004