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7/25/2019 Diodes Et Transistors
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7/25/2019 Diodes Et Transistors
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1 .1 - P r i n c ip e
La diode est un composant semi-conducteur composede deux jonctions de dopage oppos.
Une jonction PN ne peut tre conductrice que dans un seul sens. Unediffrence de potentiel positive applique entre K et A ne fera dplacer quetrs peu dlectrons.
1 LA DIODE
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1 . 2 - Ca r a c tr i s t i q u e s
La diode possde 2 rgimes de fonctionnement :
Si VD Vfet ID > 0 alors la diode est passante.
Tension inversemaximale ne pasdpasser, risque declaquage de la diode.
Courant direct maximal ne pas dpasser,risque de destruction dela diode.
Tension de seuil0,7V pour une diodesilicium
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1 LA DIODE1 . 2 - Ca r a c tr i s t i q u e s
Tensions maximales eninverse
Courant directmaximal
Puissancemaximale
tempratures
Tensions directes
Courants inverses
Caractristiquesdynamiques
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1 LA DIODE1 . 2 - Ca r a c tr i s t i q u e s
q Modles de la diode
q Applications conversion dnergie (redresseur, hacheur, onduleur, etc),dmodulation, commutation
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1 LA DIODE1 . 3 D i o d e s p a r t i c u l ir e s
1.3.1 - Diode Schottky
Dans les diodes Schottky, la jonction P-N estremplace par lajonction dun mtal (anode)avec un semi-conducteur peu dop de type N(cathode).
q Intrt de la diode Schottky :Elle a une tension de seuil plus faible (VF # 0,3V).Son temps de recouvrement inverse est trs faible.
q Applications
Lorsque le temps de commutation de la diode est critique Lorsque la tension de seuil doit tre faible.
q Critres de choix
Frquence dutilisation importante (faible recouvrement)
Chute de tension directe
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1 LA DIODE1 . 3 D i o d e s p a r t i c u l ir e s
1.3.1 - Diode Zner
Dans le sens direct diode classique.Dans le sens inverse VdVz lorsque IZ>0.
q Utilisation :
rfrence de tension crtage de tension alimentation continue defaible puissance
q Critres de choix :
la tension stabiliser (Vz) le courant maximaldevant traverser la diode(Iz) la puissance dissipe parla diode (Pz)
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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 1 T r a n s is t o r b i p o l a i r e j o n c t i o n
2.1.1 - DescriptionLe transistor bipolaire jonctions est un dispositif semi-conducteur constitude trois couches dopages alterns et existent en deux polarits :
q NPNouq PNP.
Transistor NPN
np
n
EmetteurBase
Collecteur
B
C
E
pn
p
EmetteurBase
Collecteur
B
E
C
Transistor PNP
Le sens de la flche sur lmetteur indique le sens du courant.
La flche est toujours tourne vers la zone N.
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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 1 T r a n s is t o r b i p o l a i r e j o n c t i o n
2.1.1 - Description
q Effet transistor :
Cas du NPN (pour le PNP inverser le sens des courants, tensions et champs)
Sans polarisation de la base :
La jonction Base-Collecteurest en inverse :Le transistor est bloqu. n p n
E B C
VCE
E
ICB0
Courant
de fuite
inverse
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2.1.1 - Description
q Effet transistor :
Cas du NPN (pour le PNP inverser le sens des courants, tensions et champs)
Avec polarisation de la base :
La jonction Base-Emetteurest en direct :
Des e- peuvent passerde lmetteur fortementdop la base : courant Ine
n p nE B C
VCE
E
VBE
IE IC
IB
e-
Ine
ICB0e-
Inc
Dans la base faiblementdope et troite, peu de- se
recombinent.
La majorit des e- atteignent la jonction Base-Collecteur o ils sontacclrs par le champ E. Ils passent dans le collecteur : courant Inc
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2.1.1 - Description
q Effet transistor :
Effet transistor : < 1ne
nc
I
I=
qRelation entre les courants :
On a : IC Inc =IE on nglige ICB0et : IE = IC + IB
Do : IC =(IC + IB) donc : BC II
=1
On pose : IC = IB
est voisin de 1 donc est grand (de 20 600)
=
1
n p n
VCE
VBE
IE IC
IB
Ine ICB0
Inc
donc :
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2.1.2 Caractristique du transistor bipolaire jonction
IB
VBE
VCE
VCC
IC
Rc
Cas du transistor NPN
Pour un transistor PNP, lescaractristiques sont identiques si lonchange les signes des courants et des
tensions.
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2.1.2 Caractristique du transistor bipolaire jonction
IB
VBE
VCE
VCC
IC
RcCas du transistor NPN
H21ou
HFE
IC max
Pmax
VCE maxIB
VCE
IC
IB
VBE
h11
h22
VCE sat
Caractristique detransfert
en courant :
IC IB
Zone desaturation
Caractristiquede sortie
Caractristique dentre
Zone linaireVCE > VCE sat
Le courant IC estquasi constant
IC =
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2.1.3 Modle quivalent du transistor bipolaire
Deux types de modles du transistor bipolaire en fonction du type de signaux ou dufonctionnement tudi :
q Le modle dordre 0 ou modle statique, fonctionnements en continu. Ce
modle permettra ltude de la polarisation du transistor ou son fonctionnementlors de commutations
q Le modle dordre 1 ou modle dynamique permettra dtudier lefonctionnement du transistor lors de rgime variables petits signaux faiblefrquence.
Pour tudier ces modles de transistors, nous utiliserons le transistor de type NPN.
Les explications sont directement transposables au type PNP en changeant le sens des courants ettensions dans le schma quivalent.
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2.1.3 Modle quivalent du transistor bipolaire2.1.3.1 - Modle dordre 0 : calcul de la polarisation.
Courbe IB = f(VBE) assimil une droite :VBE 0,6V transistor en fonctionnement linaireVBE 0,7V transistor saturVBE < 0.5V transistor bloqu
E0
IB
VBE VCE
IC = IBB C
E
En entre :La jonction base-metteur est quivalente une diode passante. On peut lamodliser par sa tension de seuil E0
E0 = 0,6V en amplificationE0 = 0,7V en commutation
En sortie :IC = IB hors saturation(= HFE donne constructeur)
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2.1.3 Modle quivalent du transistor bipolaire2.1.3.1 - Modle dordre 1 : Petits signaux autourdu point de repos.
On assimile la caractristique dentre IB =f(VBE) sa tangente au point de repos :
IB
VBE
IB0
VBE0
Tangente de
pente 1/rbe
vbe vce
ic = ibB C
E
rbe
q En entre :
Rsistance rbe. La tension de seuil nest pas prise en compte, elledj t prise en compte lors de la polarisation.
q En sortie :
ic = ib hors saturation, donne constructeur hfe HFE = h11e
ib
CII
mV
I
Vr
BBB
Tbe
=== 2540
125
000
= 1)
V
Vexp(II
T
BESB
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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 2 T r a n s i s t o r J FET
2.1.3 Description et caractristiquesq Transistor unipolaire : courant li un seul type de porteur
canal N lectrons, canal P trousq Transistor appauvrissement : naturellement passant, est bloqu par
une tension applique sur la grille
q JFET canal N :
Canal N
P
P
Source Drain
Grille (Gate)
G
D
S
VGS
VDS
ID
q JFET canal P :
Canal P
N
N
Source Drain
Grille (Gate)
G
D
S
VGS
VDS
ID
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2.1.3 Description et caractristiques
ID
VDSVGS
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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 2 T r a n s i s t o r J FET
2.1.4 Modle quivalent
Id=gmVGS
VdsVgs Rds
G
S
D
Entre dimpdance
infinie en statiqueModlis par uncircuit ouvert.
=
GSoff
GS
V
Vgmgm 10
Rsistance de sortietrs grande. Peut tre
nglige.
Source de courant lie VGS
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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 3 T r a n s i s t o r MOSFET M e t a l O x y d e S e m i co n d u c t o r Fi e l d E f f e ct T r an s is t o r
2.3.1 Caractristiques
Il existe quatre types de transistors MOSFET : selon le mode de construction, ils sont appauvrissement ou enrichissement, chacun pouvant tre de type N ou P.La flche indique le type (N ou P).
D
S
G
ID
VGSVTH
MOSFET canal N enrichissement
VDS
ID
(VGS)
2V
4V
6V
D
S
G
ID
VGSVTH
MOSFET canal P enrichissement
VDS
ID
(VGS)
-2V
4V
-6V
D
S
G
ID
VGSVTH
MOSFET canal N appauvrissement
VDS
ID
(VGS)
0
D
S
G
ID
VGSVTH
MOSFET canal P appauvrissement
VDS
ID
(VGS)
>0
0
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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 3 T r a n s i s t o r MOSFET Mt a l O x y d e S em i c o n d u c t o r F ie l d Ef f e c t T r a n s i s t o r
2.3.3 MOSFET canal N enrichissement (enhancement)
N N
Substrat P
Grille
Source Drain
oxyde SiO2
G
ID
D
S
VDS
VGS
ID
VDSVGS 0
VGS = 4V
VGS = 3V
VGS = 2V
VGS = 1V
ID
0VTH
Lieu des points tels que : VDS = VGSVTH
VGS=0 : aucun canal entre drain etsource n'existe, ID=0 : le transistorest bloqu.
-------------------------------
0
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2 ETUDE DES TRANSISTORS BIPOLAIRE, JFET ET MOSFET2 . 3 T r a n s i s t o r MOSFET Mt a l O x y d e S em i c o n d u c t o r F ie l d Ef f e c t T r a n s i s t o r
2.3.4 Modle quivalent du MOSFET canal N
Entre dimpdanceinfinie en statiqueModlis par uncircuit ouvert, endynamique onrajoute une capacitCgs
Rsistance de sortietrs grande. Peut tre
nglige.
Source de courant lie VGS
ID = K (VGSVTH)2
VdsVgs Rds
G
S
D
Cgs
ID = K (VGS VTH)2
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3 POLARISATION DES TRANSISTORS
3 . 1 Nces s i tde l a p o l a r i s a t i o n d u t r a n s i s t o rp o u r l e f o n ct i o n n e m e n t a m p l i f i ca t e u r
Les transistors sont des lments :
q unidirectionnels,
q non linaires.
Les transistors seuls ne peuvent donc pas amplifier des signaux alternatifs.
Solution :
q Polariser le transistoravec une tensioncontinue.q Travailler en petitssignaux autour de cepoint de polarisation.
Vpol
ve
IB0+ib
VCE0+vce
ID0+id
Vpol
ve
VCE0
vce
VBE
VCE
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3 POLARISATION DES TRANSISTORS
3 . 1 Nces s i tde l a p o l a r i s a t i o n d u t r a n s i s t o rp o u r l e f o n ct i o n n e m e n t a m p l i f i ca t e u r
IB0
IC0
VCE0
VBE0Ve0
RB
RC
B
E
C Vcc IC
VCE
Polarisation classe AVCC/RC
VCC
Droite de charge
VCE=VCC-RCIC
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3 POLARISATION DES TRANSISTORS3 . 2 Po l a r is a t i o n d u t r a n s i s t o r b i p o l a i r e
IB0
IC0
VCE0
VBE0Ve0
RB
RC
B
E
C Vcc
Ve0
IB0
IC0
VCE0
VBE0
RB
RC
B
E
C Vcc
RE
Polarisation avec contre ractionpar rsistance dmetteur :
Permet de stabiliser le
point de polarisation.
q Polarisation par source de tension
Le point de polarisation est rgl enchoisissant RB, RC et Ve0.
Inconvnient :
Le point de polarisation esttrs dpendant de
RC
R1
R2
RE
0V
IC0
IB0
VCC
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3 POLARISATION DES TRANSISTORS3 . 2 Po l a r is a t i o n d u t r a n s i s t o r b i p o l a i r e
q Polarisation par source de courant
IB0
IC0
RB
RC
B
E
CVcc
IE0
Le courant dmetteur est impos par une sourcede courant qui fixe le courant IE0. Par voie deconsquence cela impose IB0, VBE0 et VCE0.
Avantage : Le point de polarisation ne dpend pasde .
R
RP
I0
RC
I0
-VCC
RB
0V
IC
E0E0
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3 POLARISATION DES TRANSISTORS3 . 3 P o la r i s a t i o n d u t r a n s is t o r J FET
VCC
RD
RG0V
ID
VDS
-Vpol
q Polarisation par une tension ngative
Vpol rgle la valeur de VGS donc celle de ID car
RD rgle la valeur de VDS.
Inconvnient : ncessite une tension ngative.
2
1
=
GSOFF
GSDSSD
V
VII
RD
VCC
RG RS
0V
ID
VGS
VDS
q Polarisation automatique
VRS
Le courant dans la grille est nul donc VGS = -VRSOn applique une tension ngative sur la grille.
Le point de polarisation dpend de RS et RD.
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3 POLARISATION DES TRANSISTORS3 . 3 P o la r i s a t i o n d u t r a n s is t o r J FET
q Polarisation par source de tension
RD
+VCC
RG
RS
ID
I0
-VCC
I0
T2
T1
La source de courant fixe ID,RD fixe VDS.
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4 COMMUTATION FAIBLE PUISSANCE A TRANSISTORS.3 . 3 T r a n s is t o r s b i p o l a i r e s .
IB
IC
VCE
VBEVe
RB
RC
B
E
C
0V
Vcc
Pour raliser la commutation, on utilise ce montage :
Etat bloqu : IB = 0 le transistor secomporte comme un interrupteur ouvert
IC = 0, VCE = VCC
Etat satur : On applique un courant IBsuffisant, le transistor se comporte commeun interrupteur ferm
VCE 0, IC = VCC/RC
VCE
VCE MAX
IC
VCESAT
ICMAX
OFF
ONEtatbloqu
Etatsaturou
passantPour tre satur il faut que :
IB IC/
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4 COMMUTATION FAIBLE PUISSANCE A TRANSISTORS.3 . 3 T r a n s is t o r s b i p o l a i r e s .
q Coefficient de saturation.
Pour saturer le transistor il faut que : IBsat ICsat/
Or varie dans des proportions importantes dun transistor un autre(mme sils sont du mme type, de 100 300 pour un 2N2222).
Pour tre sur de saturer le transistor il faut que
IBsat ICsat/min
De plus, pour tre certain de saturer le transistor, on applique en plus uncoefficient de saturation not ks et on choisi IBsat tel que :
IBsat = ks ICsat/min
Ks est compris entre 1 et 10
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4 COMMUTATION FAIBLE PUISSANCE A TRANSISTORS.3 . 3 T r a n s is t o r s b i p o l a i r e s .
q Temps de commutation
td : delay time ou temps de retard,dpend entre autres de la tension debloquage
td
tr : rise time ou temps de monte
tr
On donnelordre autransistorde devenirpassant
On donne lordre autransistor de sebloquer
ts : storage time ou temps dedsaturation. Temps le plus long de lacommutation. Dpend des chargesexcdentaires dans la base et de lafaon de les vacuer.
ts
tf: fall time ou temps de descente
tf
On dfinit le temps de fermeture :ton td + tr
et le temps d'ouverture :toff = ts + tf
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4 COMMUTATION FAIBLE PUISSANCE A TRANSISTORS.3 . 3 T r a n s is t o r s b i p o l a i r e s .
t
Vce, Ic
VccICM
ton toff
T=1/F
q A ltat bloqu il ny a pas de pertes dans le transistor car IC = 0
q A ltat satur il y trs peu de pertes dans le transistor car 0,1