École Normale Supérieure de Constantine
2 Année Physique -Chimie
2023-2024
TP 4 Diode à jonction PN &
Transistor bipolaire NPN
Buts du travail pratique
- Découvrir des composants électroniques de base, à savoir la diode à jonction PN et les transistor
bipolaires NPN et PNP.
- Tracer la caractéristique courant-tension de la diode à jonction 1N4007
- Tracer les courbes caractéristiques du transistor bipolaire NPN 2N5551
Première partie : Rappel théorique
1. Diode à jonction PN
Une diode à jonction est un composant électrique constitué d'une jonction entre deux régions de semiconducteur de type P (chargé positivement) et de type N (chargé négativement). La jonction entre ces
deux régions crée une zone de déplétion, où les porteurs de charges (électrons et trous) sont repoussés,
créant ainsi une barrière de potentiel électrique.
Lorsque la diode est polarisée dans le sens direct, c'est-à-dire avec la borne positive reliée à la région P
et la borne négative reliée à la région N, la barrière de potentiel est abaissée et le courant électrique peut
circuler à travers la diode. En revanche, lorsque la diode est
polarisée en inverse, la barrière de potentiel est renforcée et le
courant électrique ne peut pas circuler à travers la diode.
Dans le schéma (figure 1), on désigne par anode A la borne P et
par cathode K la borne N. La diode est représentée par un
triangle orienté dans le sens passant.
On rappelle l’équation du courant ID dans une diode à jonction :
ID = Is (
VD
nU
e T
−1)
Où VD est la tension aux bornes d’une diode, UT est la tension thermique, donnée par :
KT
nq e
Avec k : constante de Boltzmann, T : température en Kelvin, qe : charge électrique d’un électron.
UT =
Pour la jonction idéale à la température ordinaire UT = 26 mV.
n est le facteur du semi-conducteur et de l’intensité; il dépend de la température et il n’a pas la
même valeur, pour un semi-conducteur donné, en courants forts et en courants faibles.
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IS est le courant inverse de saturation de la diode, il est de l’ordre du nA (nA = 10-9 A).
2. Transistor bipolaire
Un transistor bipolaire est un composant électronique à semi-conducteur qui permet
d’amplifier et de commuter les signaux électriques. Il est constitué de trois régions de
semi-conducteur dopées différemment, appelées émetteur, base et collecteur.
Le transistor bipolaire fonctionne en contrôlant le flux de porteurs de charge (électrons
ou trous) à travers la base. Lorsqu'un courant est appliqué à l'émetteur, les électrons se
déplacent vers la base. Si la base est polarisée de manière à attirer les électrons, ils
peuvent alors traverser la base et atteindre le collecteur. Le courant de collecteur est
donc proportionnel au courant de base, ce qui permet d'amplifier le signal.
Deux courants entrent dans le transistor NPN (IB et IC), et un seul courant en sort
IE. Si on applique la loi des nœuds de Kirchhoff, qui affirme que la somme de tout ce
qui entre est égale à la somme de tout ce qui sort, nous pouvons déduire que
IE = IB + IC et IC = β IB
Au moyen de la loi des mailles du même, la différence de potentiel entre le collecteur
-émetteur est égale à somme de la différence de potentiel entre le collecteur-base, et
la différence de potentiel entre la base-émetteur :
VCE = VCB + VBE
3 Partie Expérimentale
3-1 Matériel utilisé :
- Multimètre, sources de tensions ;
- Diode 1N4007; transistor bipolaire NPN, Résistance, Plaquette de connexion ;
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2-2 Caractéristiques directes et inverses :
On souhaite tracer la caractéristique statique ID=f(VD) de la diode. Pour cela on utilise le
montage ci-dessous.
On prendra comme générateur le GBF réglé en DC (fréquence nulle). En polarisation
directe, on fera varier la tension d’alimentation E de 0 à 20 V et de 1 à 25 V pour une
polarisation inverse.
Rp ≈ 100Ω est une résistance de protection pour éviter qu’un courant trop important
n’endommage la diode
E
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1
2
4
6
8
10 15 20
VD
VR
ID
Tableau 1 : Polarisation directe
E
0
1
2
3
4
5
6
7
10 12 14 16 18 20 25
VD
VR
ID
Tableau 2 : Polarisation inverse
1- Tracer sur le papier millimétré la courbe représentante la variation ID et VD en fonction de la
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tension d’alimentation E, que pouvez-vous déduire de cette variation ?
2- Tracer la caractéristique directe et inverse de la diode sur papier millimétré ID =f (VD) de façon
qui permet d’obtenir une courbe bien continue reliant les points expérimentaux.
3- Déterminer, d’après la courbe obtenue, la tension seuil VS de la diode pour laquelle le courant
commence à passer, de façon non négligeable. Que pouvez-vous déduire de la tension de seuil ?
4- En appliquant la loi des mailles au circuit, établir une relation entre E, VD, RP et ID. Ecrire
l’équation de la droite statique de charge. Pour une tension d’alimentation E = 1 V, Rp = 100 Ω ;
écrire l’équation de la droite de charge statique et tracer-la. Déterminer le point de fonctionnement
de la diode qui correspond au point ou la courbe (ID,VD) croise la droite de charge du circuit.
5- Déterminer la résistance statique de la diode au point P est le rapport entre la tension du point P et le
courant correspondant RS=VP/IP.
6- Pour la résistance dynamique, on applique une petite variation de tension ∆U à partir du point P
et il y correspond une petite variation de courant ∆𝐼
𝑅𝐷 =
∆𝑉
∆𝐼
Transistor bipolaire
ENSEMBLE DES CARACTÉRISTIQUES :
a- Montage :
1- Caractéristique d'entrée IB - VBE
Régler la tension E2 = 5 V . La tension E1 varie de 0 à 10 V.
Manipulation : Faire varier la tension E1 de 0 à 20 V et relever dans le tableau 3 les valeurs de IB et de
VBE.
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Tracer la courbe IB ( VBE ) et en déduire à quel composant on peut comparer la jonction BaseEmetteur.
E1 (V)
0
0.2
0.3
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.5
2
4
6
8
10
12
IB
VBE
E1 (V)
IB
VBE
Tableau 3 : Caractéristique d'entrée IB - VBE
2- Caractéristique de transfert en courant IC -IB à VCE constant
En jouant sur l'alimentation E1 (max : 7 V), faire varier IB entre tout en maintenant VCE = 5 V
Manipulation : Régler la tension E1 = 0 V et régler E2 jusqu'à ce que la tension VCE = 5V. Ensuite,
augmenter progressivement la tension E1 et ajuster la tension E2 jusqu'à ce que VCE = 5 V et relever les
grandeurs IC et IB dans le tableau 4.
Tracer la courbe IC ( IB ) et en déduire le coefficient d'amplification de courant β pour la partie linéaire
de la caractéristique.
Comparer cette valeur à celle donnée par le constructeur (DC current gain).
E1 (V)
0.4
0.5
0.7
0.9
1
1.5
2
2.5
3
IB
IC
Tableau 4 : Caractéristique de transfert en courant IC -IB
VCE = 5V
3- Caractéristique de sortie IC - VCE
En jouant sur l'alimentation E2, faire varier VCE en maintenant le courant IB = 0.5 mA (on maintient le
courant de base IB en jouant avec l'alimentation E1).
Relever dans un tableau 5 les grandeurs IC ( VCE ) pour IB = 0.5 mA.
Même travail pour IB = 1 mA.
Tracer les courbes IC ( VCE ) pour les deux valeurs de IB.
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E2 (V)
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0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
VCE
IC
E2 (V)
VCE
IC
E2 (V)
VCE
IC
Tableau 5 : Caractéristique de sortie IC - VCE
IB = 0.5 mA
a- Droite de charge :
Établir la relation entre VCE, RC, IC et E2.
La courbe d'équation IC ( VCE ) s'appelle la droite de charge du transistor. Tracer cette courbe sur
le graphique IC ( VCE ). En déduire le point de fonctionnement.
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