III. Transistor : modèles et montages

Circuits équivalents

Arrow s1

Plan du site

Les trois montages : émetteur commun, base commune, collecteur commun. Formule du gain en courant. Montage en base commune, circuit équivalent. Circuit équivalent à deux générateurs. Exemple de réseau de caractéristiques.

1. Les trois montages

Nous ne traitons ici que du transistor bipolaire, celui étudié après le tube électronique au niveau de la licence de physique. Cependant, même si les autres types de transistors ne sont pas introduits, les principes généraux sont cependant les mêmes.

Lorsqu’un transistor (tripôle) est utilisé, il est inséré entre un circuit d’entrée et un circuit de sortie ayant chacun deux bornes. Il doit donc être branché comme un quadripôle : l’une de ses trois connexions est alors réunie au circuit d’entrée et au circuit de sortie.

Trois montages sont possibles (combinaisons):

  • le montage à émetteur commun (a) ;

  • le montage à base commune (b) ;

  • le montage à collecteur commun (c).

Rappelons que le transistor peut être de type NPN ou PNP. On notera que la base peut être de type P ou N, alors que les deux autres connexions sont de même type, respectivement N ou P.

Rappelons aussi que, dans la représentation symbolique du transistor, l’on peut toujours supposer en émetteur commun : la flèche courant \(I_E\) est dirigée vers \(E\) en NPN ; c’est le contraire pour un transistor PNP.

2. Gain en courant

La caractéristique la plus importante d’un transistor est son gain en courant. Dans le montage à base commune, celui-ci est défini par : \[\alpha=-\Big(\frac{\partial I_c}{\partial I_e}\Big)_{V_c}=cte\]

Les courants \(I_c\) et \(I_e\)sont comptés positivement lorsque les courants entrent dans le transistor.

Noter l’inversion des polarités selon qu’il s’agisse d’une conduction de type PNP ou NPN. Le fonctionnement du transistor PNP s’explique essentiellement par le phénomène de déplacement des trous et celui du transistor NPN par celui les électrons.

Dans le montage à émetteur commun, on définit le gain en courant du transistor par : \[\beta=\Big(\frac{\partial I_c}{\partial I_b}\Big)_{V_c}=cte\]

3. Montage à base commune. Circuit équivalent

Un transistor peut être remplacé par un circuit linéaire équivalent lorsque son fonctionnement est linéaire.

Comptons positivement les courants \(i_b,~i_c,~i_e\) entrant respectivement dans la base, le collecteur et l’émetteur. \(U\) est la tension du signal d’entrée, \(r_g\) étant la résistance interne du générateur. \(r_l\) est la résistance de charge.

Le transistor peut être représenté par le schéma équivalent ci-contre. Ce schéma est dit naturel ou en R, c’est-à-dire schéma en résistances. Il introduit donc quatre paramètres qui sont : \(r_g,~r_b,~r_c,~\alpha\).

On voit que (répartition des courants) : \[i_c=i_{co}-\alpha~i_e\]

On en déduit ie gain en tension de l’étage : \[A_v=\frac{V_c}{V_e}~\approx~\frac{\alpha r_L/r_b}{1-\alpha+r_L/r_c}\]

Et pour le gain en courant : \[A_i=\frac{i_c}{i_e}~\approx~-\frac{\alpha}{1+r_L/r_c}\]

On obtiendrait de la même manière :

  • le gain en puissance : \(-A_i~A_v\) ;

  • l’impédance d’entrée et l’impédance de sortie.

4. Schéma à deux générateurs

Le schéma à deux générateurs est encore appelé schéma en H. Il est très utilisé et fait intervenir quatre paramètres hybrides notés \(h\).

Dans le symbolisme du quadripôle, ces paramètres sont définis par : \[\left\{ \begin{aligned} e_1=h_{11}~i_1+h_{12}~e_2\\ i_2=h_{21}~i_1+h_{22}~e_2 \end{aligned} \right.\]

Au schéma de montage à base commune correspond le schéma hybride dit à deux générateurs (figure ci-contre).

Le circuit d’entrée se compose d’un générateur de f.é.m. \((h_{12}~e_2)\) et de résistance interne \((h_{11})\).

Le circuit de sortie comprend un générateur de courant \((h_{21}~i_1)\) shunté par une conductance \((h_{22})\).

Dans le cas du montage base commune (voir figures précédentes), on notera :

\[\begin{aligned} e_1&=V_e\quad;\quad i_1=i_e\\ i_2&=i_c~\quad;\quad e_2=V_c\end{aligned}\]

Remarque

Au vu du système d’équations (base commune), on remarquera que :

  • \(h_{12}\) et \(h_{21}\) sont sans dimension ;

  • \(h_{11}\) est homogène à une résistance et \(h_{22}\) est homogène à une conductance.

5. Caractéristiques des transistors

Les constructeurs présentent les caractéristiques des transistors sous une forme de réseaux de courbes.

Pour prendre un exemple, la figure ci-contre correspond à un montage à émetteur commun (à la masse).

Dans ce cas, les quatre paramètres hybrides \((h'_{ij})\) peuvent s’interpréter comme les pentes des courbes dans les quatre cadrants du réseau.

Suivant le type de caractéristiques constructeur fournies, on pourra déterminer respectivement:

  • les paramètres \((h_{ij})\) dans le cas d’un montage à base commune ;

  • les paramètres \((h''_{ij})\) dans le cas du montage en collecteur commun.

 

 

↑ Haut