Caractéristiques du transistor NPN en émetteur commun
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• tracer la caractéristique d'entrée IB = f(UBE) d'un transistor NPN en émetteur commun ;
• tracer ses caractéristiques de sortie IC = f(UCE) à IB constante ;
• tracer la caractéristique de transfert IC = f(IB) et calculer le coefficient d'amplification β ;
• déterminer le point de fonctionnement d'un transistor et respecter ses valeurs limites.
Prérequis : le transistor bipolaire, la caractéristique d'une diode, le point de fonctionnement d'un circuit.
Situation de départ
Dans le catalogue d'un fabricant, chaque transistor est décrit par des courbes et des valeurs : « β = 110 », « ICmax = 100 mA », « Pmax = 300 mW »... Un technicien choisit un transistor et ses résistances à partir de ces courbes, sans même le brancher.
Que représentent ces caractéristiques, et comment les utiliser pour prévoir le fonctionnement d'un montage ?
I. Le montage d'étude
Le transistor NPN est monté en émetteur commun. Le circuit de commande (entrée) comporte un générateur EB et un potentiomètre RB qui règle le courant de base ; le circuit du collecteur (sortie) comporte un générateur EC et une résistance RC. Deux ampèremètres mesurent IB et IC, deux voltmètres mesurent UBE et UCE.
Les grandeurs d'entrée sont IB et UBE ; les grandeurs de sortie sont IC et UCE. Un état de fonctionnement du transistor est décrit par ces quatre grandeurs.
II. La caractéristique d'entrée
On fixe UCE (par exemple 2 V), on fait varier UBE avec le potentiomètre et on mesure IB. La courbe IB = f(UBE) est la caractéristique statique d'entrée du transistor.
La caractéristique d'entrée a l'allure de celle d'une diode au silicium de tension seuil US voisine de 0,6 V : c'est la jonction base-émetteur. Elle reste presque la même quelle que soit UCE.
III. Les caractéristiques de sortie
On fixe IB, on fait varier UCE et on mesure IC. On recommence pour plusieurs valeurs de IB : on obtient le réseau des caractéristiques de sortie IC = f(UCE). Chaque courbe comporte trois parties :
• pour UCE < UCEsat (0,2 V à 0,3 V pour le silicium) : partie presque verticale, IC dépend fortement de UCE : le transistor est saturé ;
• pour UCEsat < UCE < UCEmax : partie presque horizontale, IC dépend de IB mais très peu de UCE : fonctionnement normal (régime linéaire) ;
• pour UCE > UCEmax (donnée par le constructeur) : IC croît brusquement et le transistor risque d'être détruit.
Pour IB = 0, IC ≈ 0 : le transistor est bloqué.
IV. La caractéristique de transfert
À UCE constante, on relève IC pour plusieurs valeurs de IB (directement, ou en lisant le réseau de sortie sur une verticale). La courbe IC = f(IB) est la caractéristique de transfert en courant.
Pour des valeurs modérées de IB, la caractéristique est une droite passant par l'origine :
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