Le transistor bipolaire
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• décrire un transistor bipolaire et repérer ses trois bornes ;
• distinguer un transistor NPN d'un transistor PNP et dessiner leurs symboles ;
• appliquer la relation IE = IB + IC ;
• réaliser un montage en émetteur commun et le polariser ;
• reconnaître les modes de fonctionnement : bloqué, passant, saturé.
Prérequis : la diode, la loi des nœuds, la loi des mailles.
Situation de départ
Votre radio est tombée en panne. Le réparateur l'ouvre et annonce : « un transistor est grillé ». Ce petit composant à trois pattes, inventé en 1947, est partout : un smartphone en contient plusieurs milliards, gravés dans ses puces.
Qu'est-ce qu'un transistor ? Comment un si petit composant peut-il commander un courant ?
I. Qu'est-ce qu'un transistor bipolaire ?
1. Trois zones, trois bornes
Un transistor bipolaire est formé d'un monocristal de silicium dans lequel on a créé trois zones de conductivités différentes, reliées à trois bornes :
• la base B, zone centrale très mince ;
• l'émetteur E ;
• le collecteur C.
La position des pattes (le brochage) dépend du modèle et du boîtier : il faut toujours consulter la notice du constructeur avant de brancher un transistor.
2. Deux diodes en opposition ?
On teste chaque paire de bornes avec une pile de 4,5 V et une petite lampe (6 V ; 50 mA) :
• entre E et B, la lampe s'allume dans un seul sens : le dipôle EB se comporte comme une diode ;
• entre B et C, même résultat : le dipôle BC se comporte aussi comme une diode ;
• entre E et C, la lampe ne s'allume jamais, quel que soit le sens : si l'une des « diodes » est passante, l'autre est bloquée.
Vu de ses bornes, un transistor ressemble donc à deux diodes en opposition, reliées par la base.
Deux diodes soudées en opposition ne fonctionnent pas comme un transistor : il faut un seul cristal avec une base très mince. C'est ce qui permet l'effet transistor étudié plus loin.
II. Transistors NPN et PNP
Selon la nature des zones, on distingue deux types de transistors bipolaires :
• le transistor NPN : une base de type P entre deux zones de type N ; ses deux « diodes » ont leur anode commune, la base ;
• le transistor PNP : une base de type N entre deux zones de type P ; ses deux « diodes » ont leur cathode commune, la base.
Dans le symbole d'un transistor, la flèche est toujours sur l'émetteur. Elle indique le sens passant de la jonction base-émetteur, c'est-à-dire le sens réel du courant d'émetteur : elle sort pour un NPN et entre pour un PNP.
III. Courants et tensions
Pour un transistor NPN en fonctionnement normal, les courants de base IB et de collecteur IC entrent dans le transistor, et le courant d'émetteur IE en sort. Les tensions UBE et UCE sont positives.
Le transistor est traversé comme un nœud : d'après la loi des nœuds,
Un transistor NPN est traversé par IB = 0,20 mA et IC = 30 mA. Le courant d'émetteur vaut IE = 0,20 + 30 = 30,2 mA : il est presque égal à IC, car IB est très faible.
IV. L'effet transistor
1. Bloquer et débloquer le transistor
On réalise deux circuits qui ont l'émetteur en commun :
• le circuit de commande, fermé sur B et E : un générateur E1 = 1,5 V et un potentiomètre P qui règle UBE ;
• le circuit principal, fermé sur C et E : un générateur E2 = 4,5 V et une lampe.
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