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lectronique analogique ch1 semi-conducteur v3 05 Author: fabrice sincere Subject: électronique analogique ch1 semi-conducteur Keywords: électronique analogique ch1 semi-conducteur Created Date: 5/2/2008 12:00:00 AM

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1

Module d"Electronique

Electronique analogiqueÓFabrice Sincère ; version 3.0.5 2

Sommaire du Chapitre 1 - Les semi-conducteurs1- La diode1-1- Symbole1-2- Constitution1-3- Sens direct et sens inverse1-4- Caractéristique courant- tension1-5- Caractéristique idéalisée1-6- Modèle équivalent simplifié2- La LED (Light Emitting Diode : diode électroluminescente)

2-1- Symbole

2-2- Tension de seuil

2-3- Protection

3- La diode Zener

3-1- Symboles

3-2- Caractéristique courant- tension

3-3- Tension Zener

3-4- Caractéristique idéalisée

3

4- Le transistor bipolaire

4-1- Transistor bipolaire NPN et PNP

4-2- Caractéristiques électriques du transistor NPN

4-2-1- Montage émetteur - commun

4-2-2- Tensions et courants

4-2-3- Jonction Base - Emetteur

4-2-4- Transistor bloqué

4-2-5- Transistor passant

a- Fonctionnement en régime linéaire b- Fonctionnement en régime de saturation

4-3- Caractéristiques électriques du transistor PNP

4-4- Applications

4-4-1- Fonctionnement en commutation

4-4-2- Fonctionnement en régime linéaire

4 Chapitre 1 Les semi-conducteursCe sont des composants fabriqués avec des matériaux semi- conducteurs (silicium, germanium ...). 5

1- La diode1-1- Symbole1-2- Constitution

Il s"agit d"une jonction PN:

P désigne un semi-conducteur dopé positivement

N " " négativement.

6

1-3- Sens direct et sens inverse

1-4- Caractéristique courant- tension

u i

Fig. 2a

7

1-5- Caractéristique idéaliséeOn peut simplifier la caractéristique de la diode de la manière

suivante :

1-6- Modèle équivalent simplifié• diode " passante » (zone de conduction) :

0,6 V i>0 A C • diode " bloquée » (zone de blocage) : 8 C"est une diode qui a la propriété d"émettre de la lumière quand elle est parcourue par un courant (phénomène d"électroluminescence).2-1- Symbole

2- La LED (Light Emitting Diode : diode électroluminescente)

2-2- Tension de seuil

1,15 V

Infrarouge

environ 1,6 V

Verte, jaune, rouge

tension de seuil

Couleur

9

W=×

k 1 10 10

6,112R3

2-3- ProtectionUne LED supporte un faible courant (quelques dizaines de mA).

• Exemple : on alimente une LED à partir d"une source de tension continue de 12 V. Calculons la valeur de la résistance de protection pour limiter le courant à 10 mA : 10

3- La diode Zener

La diode Zener est une diode qui a la particularité de pouvoir conduire dans le sens inverse.3-1- Symboles3-2- Caractéristique courant- tension u i

Fig. 4a

11

3-3- Tension Zener (Ez) C"est la tension inverse nécessaire à la conduction en sens inverse.

La gamme de tension Zener va de quelques volts à plusieurs centaines de volts.3-4- Caractéristique idéalisée u=Ez i>0 12

4- Le transistor " bipolaire »

Le transistor a été inventé en 1947.

13

4-1- Transistor bipolaire NPN et PNP

Un transistor bipolaire possède trois bornes :

• la base (B) • le collecteur (C) • l"émetteur (E) E B C

Il existe deux types de transistor bipolaire :

• NPN • PNP 14

4-2- Caractéristiques électriques du transistor NPN4-2-1- Montage " émetteur - commun »Ce montage nécessite deux sources de tension :

15

4-2-2- Tensions et courantsLe transistor possédant trois bornes, il faut définir trois courants et

trois tensions : En fonctionnement normal, le courant entre dans le transistor NPN par la base et le collecteur et sort par l"émetteur. Avec la convention de signe choisie ci-dessus, les courants sont donc positifs.

La tension v

CE est normalement positive. 16

Relation entre courants• loi des noeuds :

iE= i B+ i C 17 Le transistor est conçu pour être commandé par la jonction B-E : • si le courant de base est nul, la jonction B-E est bloquée et on dit que le transistor est bloqué. • s"il y a un courant de base (dans le sens direct : i

B> 0), le transistor

est dit passant. Le courant de base est donc un courant de commande.

4-2-3- Jonction Base- Emetteur

18

4-2-4- Transistor bloquéLa jonction B-E est bloquée :

i

B= 0 et v

BE < 0,6 V Le transistor est bloqué et tous les courants sont nuls : i B= i C= i E= 0 19

4-2-5- Transistor passantLa jonction B-E est passante dans le sens direct :

iB> 0 et v

BE= 0,6 V

Le transistor est passant et il y a un courant de collecteur et un courant d"émetteur : i

C> 0 et i

E> 0. Il existe alors deux régimes de fonctionnement. 20

a- Fonctionnement en régime linéaireLe courant de collecteur est proportionnel au courant de base :

iC= bbbbi B best le coefficient d"amplification en courant (de quelques dizaines

à quelques centaines).

b>>1 donc iC>> i B

D"autre part :

i E= i B+ i C iE»»»»i C 21
b- Fonctionnement en régime de saturationReprenons la figure 6 : Au dessus d"une certaine valeur du courant de base (i

Bsat), le

courant de collecteur " sature » : iB> i

Bsat : i

C= i Csat b=satisatiC B 22

La tension v

CE est alors très proche de zéro : v

CE sat

»0,2 V.

23

4-3- Caractéristiques électriques du transistor PNPPar rapport au transistor NPN, le sens des courants et le signe des

tensions sont inversés : 24

4-4- Applications4-4-1- Fonctionnement en commutationEn commutation, le transistor est soit saturé, soit bloqué.

• Exemple : b=100. La tension d"entrée peut prendre deux valeurs : 0 V ou 5 V. 25
- circuit de commande : iC charge 6 V circuit de puissance

Fig. 10c

- le circuit de puissance alimente une ampoule qui consomme 1 A sous 6 V : 26

Analyse du fonctionnement• u

E= 0 V

iB= 0 transistor bloqué iC= 0 ampoule éteinte Vu des bornes C et E, le transistor se comporte comme un interrupteur ouvert : 27
• u

E= 5 V

Un courant de base circule :

iB= (5 - 0,6) /120 =37 mA Ce courant est suffisant pour saturer le transistor car : i B> i

Bsat = 1 A /100 = 10 mA.

vCE = v

CE sat

»0,2 V

Vu des bornes C et E, le transistor se comporte pratiquement comme un interrupteur fermé : ampoule allumée 28
On retiendra qu"un transistor est un interrupteur commandable : 6 V C EiB=0

Fig. 11a

29

4-4-2- Fonctionnement en régime linéaire• Exemple : principe d"un amplificateur de tension

b= 130 ; v

CE sat

= 0,2 V 30

Caractéristique de transfert

uS(u E) - loi des branches : u E= R

BiB+ v

BE (1) E = R

CiC+ u

S (2) - en régime linéaire : v BE = 0,6 V (3) i C= bi B (4) uS= E -bR C(u

E- 0,6)/R

B

A.N. u

S(V) = 15 -

13

×(u

E- 0,6)

31
Régime linéaireAppliquons en entrée un signal évoluant dans la zone de linéarité : • amplification en tension : -12,97/1,031 »-13 32

Régime non linéaire

La sortie est déformée à cause de la saturation (u

S= 0,2 V) et du

blocage (u

S= 15 V) du transistor :

il y a écrêtage ( distorsion)quotesdbs_dbs29.pdfusesText_35