Cette leçon fait suite à l'examen du transistor commencé dans les leçons précédentes.
Le premier chapitre sera consacré ç l'examen des courbes caractéristiques du transistor.
Le second chapitre indiquera l'utilisation que l'on fait de ces courbes caractéristiques. Enfin, le dernier chapitre sera
consacré à l'effet de la température sur
le fonctionnement du transistor.
1. - LES COURBES CARACTÉRISTIQUES DU TRANSISTOR
1. 1. -LES COURBES ET RÉSEAUX DE CARACTÉRISTIQUES DU TRANSISTOR
Vous avez vu que la courbe caractéristique de la diode permet de connaître son fonctionnement. En effet, pour chaque tension
appliquée aux bornes de la diode, la caractéristique permet de connaître le courant qui la traverse.
Il en est de même pour le transistor ; c'est-à-dire que ses propriétés peuvent être déterminées grâce à des
courbes caractéristiques.
Néanmoins, le cas du transistor est différent de celui de la diode. Tout d'abord, il peut être utilisé dans les trois
montages fondamentaux (émetteur commun, collecteur commun, base commune) et par conséquent, les courbes caractéristiques seront fonction du
montage particulier examiné.
Ensuite, le transistor possède quatre
grandeurs électriques alors que la diode n'en possède que deux. Cela apparaît clairement à la figure 1.
Ces quatre grandeurs électriques sont les deux tensions Ve et
Vs, et les deux courants Ie
et Is.
La tension Ve,
appliquée entre l'électrode de commande et l'électrode commune et le
courant Ie parcourant l'électrode de commande définissent le
circuit d'entrée du transistor.
De la même façon,
la tension Vs, appliquée entre l'électrode de sortie et l'électrode
commune, et le courant Is
circulant dans l'électrode de sortie définissent le circuit de sortie du
transistor.
Une courbe caractéristique représente la relation entre deux grandeurs électriques. Dans le cas présent, il y a quatre
grandeurs électriques. Il est donc possible de tracer six courbes caractéristiques
(Ve - Ie, Vs - Is, Ve - Is, Vs - Ie, Ve - Vs, Ie - Is).
Par ailleurs, les quatre grandeurs électriques sont toutes dépendantes l'une de l'autre. Par conséquent, pour un couple de
grandeurs donné, il existe plusieurs caractéristiques que l'on appelle un réseau
de caractéristiques. Prenons l'exemple du couple Vs - Is. Vous savez que le courant Is
est fonction du courant Ie (Is est également fonction de la tension Ve puisque celle-ci détermine Ie).
Par conséquent, il est possible de tracer une courbe caractéristique pour chaque valeur du courant Ie.
Ie est le paramètre relatif au réseau de caractéristiques Vs - Is.
La figure 2 représente le réseau de caractéristiques relatif au couple Vs - Is (réseau de caractéristiques de sortie).
Pour chacun des six couples énumérés précédemment,
il existe un réseau de caractéristiques que l'on trace en fonction d'un paramètre. Ainsi, on peut tracer le réseau de caractéristiques relatif au couple Ve - Ie ayant pour
paramètre Vs (caractéristiques d'entrée). Nous reviendrons sur cet exemple ultérieurement.
Jusqu'à présent, nous avons fait correspondre un seul paramètre pour un couple de grandeurs électriques donné (par exemple
le paramètre Ie pour le couple Vs - Is).
Or, il est possible de faire correspondre un second paramètre pour chacun des six couples précités. Cela s'explique par le
fait qu'il y a quatre grandeurs électriques. Par exemple pour les caractéristiques de sortie (couple Vs - Is), le paramètre
peut être Ve. Dans ce cas, pour chaque valeur particulière de Ve,
il existera une courbe caractéristique. Ainsi, il est possible de tracer 12 (6 x 2) réseaux de caractéristiques différents.
Toutefois, pour connaître les propriétés d'un transistor, il suffit de posséder deux réseaux de caractéristiques. Les dix
autres s'en déduisent graphiquement.
Nous parlerons dans ce chapitre des réseaux de caractéristiques habituellement fournis par les
constructeurs dans les documentations techniques.
Par ailleurs, nous prendrons en considération le montage à émetteur commun car nous avons vu qu'il présentait de nombreux
avantages par rapport à celui à base commune.
Les grandeurs électriques utilisées
apparaissent à la figure 3.
Le circuit d'entrée est défini par la tension VBE (Tension Base Émetteur) et
le courant IB.
Le circuit de sortie est défini par la tension VCE (Tension Collecteur Émetteur)
et le courant IC.
1. 2. - COURBES CARACTÉRISTIQUES RELATIVES AU MONTAGE ÉMETTEUR COMMUN D'UN TRANSISTOR NPN AU SILICIUM
1. 2. 1. -EXAMEN DU CIRCUIT DE SORTIE
Afin de tracer ces courbes, il est nécessaire de réaliser le montage de la figure 4.
Ce dernier comporte quatre appareils de mesure et deux alimentations de courant continu B1 et B2.
La pile B1 permet de polariser en direct la jonction base-émetteur. La résistance
variable R1 permet de faire varier le courant de base IB.
est un millivoltmètre et permet de mesurer la tension d'entrée VBE, tandis que le courant de base IB est mesuré
grâce au microampèremètre .
La pile B2 polarise en inverse la jonction collecteur-base. La résistance R2
permet de faire varier la tension VCE. Cette tension VCE est mesurée avec le voltmètre
,
tandis que le courant de sortie IC est mesuré avec le milliampèremètre .
Nous allons maintenant passer au tracer du réseau de caractéristiques relatif au couple de grandeurs électriques VCE / IC en utilisant pour paramètre le courant de base
IB
Ce réseau de caractéristiques, qui est l'un des plus utilisés, est représenté à la figure 5.
La tension VCE est portée sur l'axe horizontal du repère cartésien, tandis que le
courant IC est porté sur l'axe vertical.
Pour tracer la caractéristique relative à IB = 0, il suffit d'ouvrir le circuit d'entrée (la base se trouve en
l'air). Ensuite, on fait varier VCE à l'aide de la résistance R2; Par exemple de volt en volt (0, 1, 2, 3... volts).
Pour chaque valeur de VCE, on mesure la valeur du courant IC correspondant. Vous remarquez que la caractéristique pour IB = 0 est pratiquement confondue
avec l'axe horizontal. Il existe un courant ICEO
très faible qui est un courant de fuite.
Ensuite, pour tracer la seconde caractéristique
(IB = 2 µA), on referme le circuit d'entrée et on agit sur R1 pour que le courant IB soit égal à 2 µA. Il suffit
ensuite de faire une série de mesures comme précédemment en agissant sur R2, ce qui permet de tracer la seconde caractéristique.
Ensuite, on passe à la troisième caractéristique pour IB = 4 µA et ainsi de suite...
Dans le cas présent, le réseau comprend 13 caractéristiques et IB varie de 0
à 24 µA.
Nous allons détailler l'examen de ce réseau.
Toutes les caractéristiques partent du point origine 0. Cela signifie que lorsque VCE
est nulle, le courant IC est également nul et cela quel que soit le courant IB.
Ensuite, les caractéristiques présentent deux parties. La première est commune et pratiquement verticale ; la
seconde est pratiquement horizontale
et est
fonction du courant IB.
La première partie signifie que lorsque la tension VCE varie légèrement, le
courant IC augmente dans des proportions importantes et d'autant plus que le courant
IB est élevé.
Quand la tension VCE atteint un certain seuil, relativement bas pour chaque caractéristique, il y a un
coude et à ce moment-là
la courbe devient pratiquement horizontale. En fait, elle est légèrement
relevée, c'est-à-dire que pour chaque valeur de IB donnée, le courant IC augmente légèrement
quand la tension VCE augmente.
La position d'une caractéristique est ici fonction du courant IB, autrement dit le
courant IC est en relation étroite avec le courant IB.
1. 2. 2. - EXAMEN DU CIRCUIT D'ENTREE
Le réseau de caractéristiques relatif au circuit d'entrée (grandeurs VBE et
IB) est déterminé grâce au montage situé à la figure 4, (schéma
reporté ci-dessous) avec une procédure différente de la précédente. Le
microampèremètre
est remplacé par un milliampèremètre.
Dans un premier temps, on fixe la tension VCE à l'aide de la résistance R2.
Dans un deuxième temps, on relève la caractéristique pour différentes valeurs de IB. Pour cela,
on fait varier R1 et pour chaque valeur de IB,
on relève la tension VBE. Cela détermine une caractéristique. Pour une seconde caractéristique, on change la valeur de VCE
et on recommence la même série de mesures. On trace ainsi plusieurs caractéristiques comme cela apparaît à la figure 6.
Vous remarquez tout de suite que ces caractéristiques sont analogues à celle d'une diode. En effet, la jonction base-émetteur est
polarisée en direct.
Toutefois, quand IB est nul (base en l'air), la tension VBE n'est pas nulle, mais vaut environ 0,6 volt.
Vous constatez également que la tension VCE
a très peu d'influence sur la tension VBE.
Si pour un même courant de base VCE passe
de 1 volt à 10 volts, la tension
VBEne varie que de quelques dizaines de mV.
En conséquence, les fabricants se contentent de fournir une seule caractéristique d'entrée, correspondant à une valeur
moyenne de VCE.
1. 2. 3. - RÉSEAU DE CARACTÉRISTIQUES RELATIF AUX GRANDEURS IC ET IB (PARAMÈTRE VCE)
Le montage utilisé est toujours celui représenté à la figure 4 ci-dessus.
Dans un premier temps, on fixe la tension VCE à l'aide de R2. Puis dans un second temps,
on règle R1 de façon à faire varier le courant IB. Il suffit de relever la valeur du courant IC pour chaque valeur particulière
du courant IB.
On obtient ainsi le réseau de la figure 7.
Ces caractéristiques sont appelées caractéristiques de transfert car elles mettent en relation le courant
de sortie IC avec le courant d'entrée IB.
Vous remarquez que IC est proportionnel à IB (à VCE
constante).
Plus que VCE est élevée, plus le coefficient de proportionnalité entre IC et IB est élevé.
En réalité, les caractéristiques de transfert ne sont pas exactement des droites, mais pratiquement on peut les assimiler à
des droites.
1. 2. 4. - DIAGRAMME GÉNÉRAL DES CARACTÉRISTIQUES D'UN TRANSISTOR
Il est possible de réunir les trois réseaux de caractéristiques vus précédemment.
Ce regroupement est représenté à la figure 8.
Il y a quatre quadrants.
Les caractéristiques de sortie sont disposées dans le quadrant (I) situé en haut et à droite.
Le quadrant II disposé en haut et à gauche représente une caractéristique de transfert. Par rapport à la figure 7, les courants IB
croissants sont comptés vers la gauche de l'origine 0.
Enfin, le quadrant III représente une caractéristique d'entrée.
Dans le quadrant IV, on représente le réseau de caractéristiques relatif à la réaction du circuit de sortie sur le circuit
d'entrée.
Dans le cas du montage en émetteur commun, ces réseaux de caractéristiques donnent les valeurs suivantes :
Quadrant I : Caractéristiques de sortie. On trouve la valeur du courant de
sortie IC en fonction de la tension de sortie VCE et
cela à courant de base constant. On écrit :IC = f (VCE)
à
IB = constante.
Quadrant II: Caractéristiques de transfert. Permet de trouver le courant de sortie IC en fonction du courant
d'entrée IB, à tension de sortie VCE constante. On écrit :IC = f (IB)
à
VCE = constante.
Quadrant III :Caractéristiques d'entrée. On y obtient la valeur du courant d'entrée
IB en fonction de la tension d'entrée VBE à tension de sortie
VCE = constante.
On écrit :IB = f (VBE)
à VCE = constante.
Quadrant IV:Caractéristiques de réaction. Ces caractéristiques permettent de déterminer le rapport de réaction, c'est-à-dire l'influence
de la tension de sortie VCE sur la tension d'entrée VBE, à courant de base IB constant. On écrit :VBE =
f (VCE) à IB = constante.
Un constructeur peut fournir d'autres caractéristiques que celles déjà vues jusqu'ici. En particulier, la caractéristique relative
au courant IC et à la tension VBE peut être donnée (figure 9). La tension VCE peut être constante.
Comme il existe une dispersion liée à la fabrication des transistors, le fabricant indique une caractéristique typique
ainsi que la caractéristique minimale et la caractéristique maximale.
La majorité des transistors possèdent cependant des caractéristiques qui coïncident sensiblement avec la caractéristique
typique.
Une autre caractéristique indiquant la variation du coefficient
en fonction du courant IC peut être fournie par le constructeur (figure 10).
Cette caractéristique n'appartient pas au groupe des 12 réseaux de caractéristiques mentionnés ci-dessus.
Bas de page
est un millivoltmètre et permet de mesurer la tension d'entrée VBE, tandis que le courant de base IB est mesuré
grâce au microampèremètre 
.
,
tandis que le courant de sortie IC est mesuré avec le milliampèremètre 
.
en fonction du courant IC peut être fournie par le constructeur (figure 10).
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