Transistor bipolaire

Présentation. Caractéristiques et équations

On s'intéresse dans un premier à une présentation succincte des transistors bipolaires avant d'apporter des précisions sur les caractéristiques d'entrée, de sortie et de transfert des transistors bipolaires. Les équations générales en grands signaux sont également présentées, ainsi que les modèles simplifiés dans les modes saturé, bloqué mais aussi en mode linéaire, c'est à dire en amplification.

Utilisation en tout ou rien

Il s'agit maintenant d'expliquer comment utiliser un transistor bipolaire en commutation à partir des caractéristiques données par le constructeur, dans la documentation du transistor (exemple de pilotage d'un relais).
On découvre aussi comment utiliser les modèles grands signaux simplifiés pour déterminer si un transistor bipolaire est bloqué ou saturé.

Il s'agit d'un cours de niveau DUT maximum, assez modeste dans ses ambitions.

Effet transistor

Sans entrer dans des mises en équations complexes, il est intéressant de comprendre comment se comporte un transistor bipolaire dans sa zone de fonctionnement linéaire, là où se produit l'effet transistor et mène à l'équation Ic = beta. Ib
L'influence du courant inverse de saturation de la jonction base-collecteur est aussi prise en compte pour refléter le passage des porteurs minoritaires de la base vers le collecteur.
Il est recommandé de revoir la première vidéo sur le transistor bipolaire pour se remémorer ses caractéristiques principales.

Effet Early

L'étude de l'effet transistor du transistor bipolaire utilisé dans sa zone linéaire montre l'apparition d'un phénomène dit effet Early lorsque le potentiel du collecteur varie et qui conduit à une élévation du courant $I_c$ alors même que le courant de base $I_B$ est fixé.
La vidéo qui suit s'attache à montrer l'origine physique de ce phénomène. Sa mise en équation et son influence sur un modèle équivalent grand signal du transistor bipolaire sont ensuite abordées en faisant apparaître le résistance de sortie du transistor (les documentations parlent de la conductance de sortie = 1/résistance de sortie).
Remarque importante : la vidéo n'aborde pas le moyen d'obtenir VA dans une documentation. En fait, ce paramètre n'y figure généralement pas. On préfère donner directement la résistance de sortie ou plus précisément la conductance de sortie du transistor notée $h_{oe}$ et exprimée en µmhos (Siemens chez nous mais les américains ne font rien comme tout le monde). $V_A$ peut alors être calculée avec la relation $V_A = \frac{I_C}{h_{oe}}$.

Pourquoi placer une diode de roue libre aux bornes d'un relais

Lorsqu'on utilise un transistor bipolaire pour effectuer la commutation d'un relais, on place une diode de roue libre ou anti-parallèle aux bornes de la bobine du relais. Il est important de comprendre pourquoi cette diode doit être utilisée.
Différentes simulations effectuées avec KiCad illustrent ce propos qui s'appuie également sur une analyse mathématique rendue la plus accessible possible en en proposant une approche assez simple.
La fin de la vidéo apporte également un complément de mathématique pour ceux d'entre vous qui n'auraient pas compris la résolution de l'équation différentielle donnant l'évolution du courant dans la bobine au moment de l'ouverture du contact du relais.