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 - 3.5 La commutation.

3.5.1 Le phénomène de commutation.

fig331

Montage en commutation

Pour réaliser la commutation, on utilise le montage ci-contre.

Le transistor est commandé par une impulsion de courant de base. Le transistor passe de l'état bloqué à l'état saturé en lui appliquant une impulsion positive de courant.

Le circuit de sortie comprend une résistance de charge RL telle que la valeur du rapport VCC/RL soit inférieure à la valeur du courant de collecteur maximum supportable par le transistor.

fig332 Au départ le transistor est bloqué (état OFF).
  • Le courant qui traverse le transistor est faible, la tension entre collecteur et émetteur vaut VCC.On est bien régime de haute impédance.
  • La densité des porteurs minoritaires dans la base est au plus égale à nB0.

On applique l'impulsion de courant sur la base.

  • Le transistor va quitter l'état bloqué (état OFF) pour atteindre l'état saturé.
  • La tension collecteur-émetteur est pratiquement nulle (égale à VCEsat = 0.2 à 0.3 V pour un transistor au silicium)
  • Le courant collecteur atteint alors la valeur :
    ICM = (VCC -VCEsat)/RL VCC/RL
  • Le courant qui traverse le transistor est important, la tension collecteur-émetteur est faible, on est régime de faible impédance.
  • L'amplitude minimale de courant de base pour obtenir la saturation est donc :
    IBM > ICM/ VCC/RL
  • La charge stockée dans la base se compose de QB : charge stockée en régime normal plus QBX la charge excédentaire en régime de saturation.

Les temps de commutation (switching time) sont les temps nécessaires au transistor pour passer d'un état à l'autre. Ils correspondent en première approximation aux temps d'établissement et de disparition de la charge stockée dans la base.

3.5.2. Caractéristiques de la commutation.

fig333 td : temps de retard (delay time) est le temps nécessaire pour que le courant atteigne 10 % de sa valeur finale. Il est déterminé par les constantes de temps de charge des capacités des jonctions .
td est d'autant plus petit que la tension de blocage est la plus faible possible.

trtemps de montée (rise time) : temps nécessaire pour que le courant collecteur passe de 10 % à 90 % de sa valeur finale.

tr est d'autant plus faible que le temps de transit des porteurs dans la base (B) est petit.

tstemps de désaturation (storage time) :

  •  temps entre l'instant où le courant de base devient négatif et où le courant collecteur = 0.9 ICM.
  • C'est l'intervalle de temps le plus important, il est la limite principale de la vitesse de commutation du transistor.
  • il correspond à la disparition de l'excès de charge stockée (QBX) nécessaire au fonctionnement en mode saturé.
  • on montre que : rel322
    s : temps relié à la durée de vie des porteurs dans la base (caractéristique donnée par le constructeur).

tf : temps de descente (fall time) : temps nécessaire pour que le courant collecteur passe de 90 % à 10 % de sa valeur finale.
Étant l'inverse du temps de montée, il est limité par les mêmes phénomènes.

On définit aussi le temps de fermeture ton td + tr et le temps d'ouverture : toff = ts  +  tf dont l'ordre de grandeur varie entre 0.1  et 10 µs selon le type de transistor.
L'excès de charge QBX a un effet catastrophique sur  toff  et constitue la principale limitation du transitor en commutation. En général, on réalise IB1 = 3 IB2 pour obtenir des fronts raides et des temps de désaturation raisonnables.

Bloqué, le transistor ne dissipe pas de puissance (Ic = 0).
Saturé, le transistor ne dissipe pas de puissance (Vce 0).
Pendant la commutation, Ic, Vce existent simultanément, en supposant que le courant Ic suit une loi linéaire (Ic(t) = ICM t/ton) pendant l'ouverture et Ic(t) = ICM (1 - t/toff) pendant la fermeture, on montre que la puissance dissipée par le transistor à chaque impulsion de courant est :

rel322 (W.s)

L'échauffement du transistor en régime de commutation est proportionnel  à la fréquence de répétition des basculements, plus elle augmente, plus le transistor s'échauffe.

Révision de Paccaut du principe d'incertitude d'Heinsenber-Mikusek : On ne peut pas savoir à la fois exactement quand ça va foirer, où ça va foirer et pourquoi ça va foirer.


Le transistor bipolaire

Introduction

L'effet transistor

Le transistor en régime statique.

Le transistor en régime dynamique

Le transistor en commutation

Conclusions Exercices

page_prec Le transistor bipolaire.page_suivRetour à la table des matières


Dernière mise à jour : le 30 mars, 2004 Auteur : Bernard BOITTIAUX