Le rôle de la polarisation est de définir le point de repos du transistor.
Il existe diverses méthodes qui permettent également d'assurer la stabilisation thermique du transistor.
Le point de fonctionnement est défini par les variables iB, vBE, iC et vCE.
Pour les transistors bipolaires le courant collecteur est fonction de la température. On a : iC = β.iB + (β + 1).ICB0.
ICB0 est le courant inverse de la jonction base-collecteur.
Pour le silicium ce courant double pour chaque augmentation de la température de 6 °C. Une augmentation du courant augmentant la température de la jonction on a un effet cumulatif qui peut se traduire par un emballement thermique .
Le point de repos est donné par les équations :
vCE = Vcc − Rc.iC et vBE = Vcc − Rb.iB
Exercice 1) On donne Rc = 2 kΩ, Rb = 470 kΩ. Déterminer le point de repos
Contre-réaction de collecteur
Dans ce cas la résistance de base est placée entre la base et le collecteur.
La loi des mailles donne ici : Vcc = Rc.(iC + iB) + Rb.iB + vCE.
C'est le le terme Rc.iB
qui entraîne une contre-réaction.
Une augmentation de iC augmente la chute de tension dans Rc et donc une diminution de vCE. Cette diminution implique une diminution de iB et donc de iC. Pour que le système soit efficace, il faut que Rc soit assez grand.
Exercice 2) On donne Rc = 2 kΩ, Rb = 300 kΩ.
Déterminer le point de repos
Contre-réaction d'émetteur
Ici on ajoute une résistance entre l'émetteur et la masse.
On obtient Vcc = Rc.iC + vCE + Re(iC + iB) et Vcc = Rb.iB + vBE + Re(iC + iB).
C'est le le terme Re(iC + iB)
qui entraîne une contre-réaction.
Pour que le système soit efficace il faut que la chute de tension dans la résistance soit de l'ordre de Vcc / 3
Si iC augmente alors iE = iC + iB augmente : le potentiel de l'émetteur augmente ainsi que celui de la base.
Le courant base iB = Vcc − VBM diminue ainsi que iC.
Exercice 3) On donne Rc = 2 kΩ, Re = 1 kΩ, Rb = 680 kΩ.
Déterminer le point de repos
Polarisation par pont de base
Le potentiel de la base est imposé par un pont diviseur Ra et Rb.
On cherche à maintenir constant le courant base : il faut iB soit beaucoup plus petit que le courant dans le pont.
Au niveau de la base, la loi de nœuds donne : iB + vBE / Rb = (Vcc − vBE) / Ra
Exercice 4) On donne Rc = 1 kΩ, Ra = 180 kΩ, Rb = 50 kΩ.
Déterminer le point de repos.
Pont de base et résistance d'émetteur
On combine les effets du pont de polarisation et de la réaction d'émetteur.
L'expérience montre que la stabilisation en température est satisfaisante si la tension aux bornes de la résistance d'émetteur est comprise entre 10% et 15% de la tension d'alimentation. De même il faut que le courant Ip dans le pont soit de l'ordre de 10 fois le courant base.
De plus à cause de la contre-réaction d'émetteur ce montage est peu sensible à la valeur du gain du transistor.
Pour la droite de charge, on a : Vcc = Rc.iC + vCE + Re.iE
Pour la droite d'attaque, on a : vBE = Rb.Ip − Re.iE ≈ 0,66 V
Pour le pont de polarisation : Vcc = Ra(Ip + iB) + Rb
.Exercice 5) On donne Rc = 1 kΩ, Re = 500 Ω, Ra = 33 kΩ, Rb = 6 kΩ.
Déterminer le point de repos.
Thermistance
On remplace Rb par une thermistance de type CTN (coefficient de température négatif) de valeur R(θ) toujours beaucoup plus petite que Ra.
Le courant dans Ra est Ip = Ib + Ith. Si la température croît
R(θ) diminue donc Ith croît donc Ib décroît car Ip est pratiquement constant.
Il faut que la résistance CNT soit en contact thermique avec le transistor.
Réponses
Tous les montages ont été testés et les résultats expérimentaux sont très voisins des résulats calculés.
1) iB ≈ 20 µA. iC = 2,88 mA, vCE = 4,25 V
2) iB = 15,8 µA. iC = 2,3 mA, vCE = 5,4 V
3) iB = 11,3 µA. iC = 1,64 mA, vCE = 5,1 V
4) iB = 38,6 µA. iC = 5,6 mA, vCE = 4,4 V. Le courant dans le pont est trop faible pour avoir une bonne stabilisation
5) Utiliser le modèle Thevenin pour le pont diviseur afin de calculer le courant de base.
Dans l'ordre, on tire : Ip = 240 µA, iB = 19,5 µA, iC = 2,8 mA, vCE = 5,8 V. En prenant des transistors de gain 60 et 480, l'expérience donne pratiquement le même point de fonctionnement.