Transistor/Transistor bipolaire

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) 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 unes des autres par des paramètres tels 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 $V_{ce}=10volts$ pour un NPN, alors pour un PNP $V_{ce}=-10volts$, soit $-V_{ce}=10volts$).

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

Conditions de blocage et de saturation

Il faut retenir que :

• Le blocage est caractérisé par un courant de base nul ou négatif ($V_{ce}$ n’est pas nulle)
• La saturation est caractérisée par un courant de base tel que : $i_B>\frac{i_c}{\beta }$ et $V_{CEsat}\approx 0V$

Fonctionnement en régime linéaire

En régime linéaire, le courant collecteur est proportionnel au courant base : I_C = β I_B.

La tension base-émetteur est supérieure ou égale à la tension de seuil.

On reste dans le régime linéaire tant que la tension collecteur-émetteur est supérieure à la tension de saturation.

Le transistor est considéré comme une source de courant I_C commandée par le courant I_B.

• I_B > Modèle:Unité ⇔ I_C = β I_B
• V_CE > V_CESAT ;
• V_BE ≥ tension de seuil ( en pratique on prend : V_BE = tension de seuil = Modèle:Unité )

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 $V_{c{e}_{max}}$, et la puissance maximale $P_{d_{max}}$ que peut dissiper le transistor. La puissance que doit donc dissiper le transistor vaut : Modèle:Résultat 1 : $I_{C_{max}}$ 2 : $V_{C{E}_{max}}$ 3 : « hyperbole de dissipation » $P_d=I_C.V_{CE}\Rightarrow I_C=\frac{P_{d_{max}}}{V_{CE}}$ 4 : Résistance interne du transistor (on retrouve la courbe grâce à U = R.I)