Le transistor bipolaire

Introduction

L'effet transistor

Le transistor en régime statique.

Le transistor en régime dynamique

Le transistor en commutation

Conclusions Exercices


Le transistor bipolaire - 3.2 L'effet transistor

3.2.1 Principe de fonctionnement du transistor bipolaire.

a) transistor non polarisé.

Le transistor NPN non polarisé

La structure étant N+PN, les électrons sont majoritaires dans l'émetteur et le collecteur, les trous sont majoritaires dans la base.

Les deux jonctions sont à l'équilibre thermodynamique:

  • il n'y a aucun courant ;
  • les niveaux de FERMI dans l'émeteur, la base, le collecteur sont alignés

b) transistor en fonctionnement normal.
La jonction EB est polarisée en direct : l'abaissement de sa barrière de potentiel favorise l'entrée d'électrons dans la base et de trous dans l'émetteur.

Les électrons injectés dans la base forment le courant d'électrons de l'émetteur JnE, les trous injectés dans l'émetteur constituent le courant de trous d'émetteur JpE. Comme NDE >> NAB JnE >> JpE.

La jonction collecteur base polarisée en inverse ne constitue pas une barrière pour les porteurs minoritaires. Tout électron de la base qui atteint la zone désertée de la jonction collecteur-base est propulsé vers le collecteur par le champ régnant dans cette zone de transition.

Au courant inverse de la jonction collecteur base s'ajoute un courant qui peut être important créée par les porteurs minoritaires injectés par l'émetteur et qui réussissent à atteindre la jonction collecteur base.

Si l'épaisseur de la base WB << LnB, la majorité (99 %) des électrons émis par l'émetteur vont être collectés par le collecteur, c'est l'effet transistor.

Le transistor NPN en fonctionnement "normal"

Simulation du fonctionnement d'un transistor bipolaire : http://jas2.eng.buffalo.edu/applets/education/bjt/bsim/index.html

3.2.2 Gains en courant.

Calcul du gain en courant Base commune : = IC/IE

En considérant section des jonctions unité, on peut considérer indifféremment le courant I ou J la densité de courant par unité de surface : I = S J
: efficacité d'injection d'émetteur (emitter injection efficiency).

C'est le rapport entre le courant des électrons injectés dans la base (JnE) au courant d'émetteur total (JE = JnE + JpE).

On montre (L2 exercice page 125) que :

Pour avoir voisin de 1, il faut que l'émetteur soit beaucoup plus dopé que la base (pB <<  nE  ) et l'épaisseur de base WB petite par rapport à l'épaisseur de l'émetteur WE.

BT :Facteur de transport de la base  (base transport factor).

BT = rapport entre le courant des électrons collectés JnC sur le courant des électrons émis par l'émetteur : JnE.

On montre (L2 exercice page 125) que :

BT = 1 - WB2/2LnB2

Pour avoir BT voisin de 1, l'épaisseur de la base WB doit être nettement plus petite que la longueur de diffusion des porteurs injectés par l'émetteur LnB.

M : facteur de multiplication.

M : tient compte de la multiplication par effet d'avalanche des électrons traversant la ZCE de la jonction collecteur base polarisée en inverse.

relation 301

VBC0 : tension de claquage inverse de la jonction collecteur base. 2 < n < 4 selon type de jonction

le gain en courant base commune est :

= IC/IE = IC/InC x InC/InE x InE/IE = M BT

On devrait donc avoir la relation IC = IE, mais lorque IE = 0 (émetteur en l'air) il existe un petit courant collecteur  ICB0 qui est le courant inverse de la jonction collecteur base donc :
rel302 (mA.)

Gain en courant émetteur commun : = IC/IB (Béta statique du transistor).

On devrait donc avoir la relation IC = IB, mais lorque IB = 0 (base en l'air) il existe un petit courant collecteur  ICE0 qui est le courant  de fuite entre le collecteur et l'émetteur donc :
rel303 (mA.)

En combinant les relations précédentes on obtient :

rel304 rel305


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Dernière mise à jour : le 29 mars, 2004 Auteur : Bernard BOITTIAUX