Le Transistor Bipolaire à Jonction (BJT) : Cours d'Électronique

COURS D'ÉLECTRONIQUE — ÉCOLE D'INGÉNIEURS

Le Transistor Bipolaire à Jonction

BJT — NPN & PNP

Physique des matériaux

Transport de charges

Applications en ingénierie

Présenté par : Osama

Mai 2026

C (Collecteur)

B (Base)

É (Émetteur)

SOMMAIRE

Plan du Cours

1

Introduction au Dopage des Semi-conducteurs

Principes fondamentaux, impuretés donneuses et accepteuses, porteurs majoritaires.

2

Architecture du BJT — Structure & Symboles

Composition en trois couches, différences fondamentales entre NPN et PNP.

3

Mécanique du Transport de Charges

Injection des porteurs, phénomènes de diffusion et polarisation active.

4

Caractéristiques Électriques & Équations

Analyse des courants, équations d'Ebers-Moll et réseaux de courbes.

5

Applications en Ingénierie

Amplification de signaux, commutation de puissance et miroirs de courant.

6

Évolution vers le Nanoscale — Conclusion

Limites de la miniaturisation moderne et perspectives futures de conception.

CHAPITRE 1 — INTRODUCTION

Le Dopage des Semi-conducteurs

Modifier la conductivité du Silicium par ajout d'impuretés contrôlées

N-TYPE

e⁻

Phosphore (P) ou Arsenic (As)

5 électrons de valence → 1 électron libre

Électrons (e⁻)

Trous (h⁺)

n >> p

Semi-conducteur extrinsèque de type N

P-TYPE

h⁺

Bore (B) ou Gallium (Ga)

3 électrons de valence → 1 lacune (trou)

Trous (h⁺)

Électrons (e⁻)

p >> n

Semi-conducteur extrinsèque de type P

Réseau cristallin du Silicium — dopage N (Phosphore) et P (Bore)

CHAPITRE 2 — ARCHITECTURE

Architecture du Transistor BJT

Trois zones semiconductrices — deux jonctions P-N

Émetteur (E)

N++ (fortement dopé)

Injecte les porteurs majoritaires dans la base

Très forte concentration en dopants

Base (B)

P (faiblement dopé, très fine ~1μm)

⚠️ Zone critique — largeur déterminante

Contrôle le flux de porteurs E→C

Si trop large = deux diodes dos à dos !

Collecteur (C)

N (modérément dopé)

Collecte les porteurs venant de la base

Surface plus grande que l'émetteur

CHAPITRE 2 — SYMBOLES NORMALISÉS

NPN vs PNP — Symboles & Sens des Courants

Représentation normalisée IEEE — Attention au sens des flèches !

NPN

Le plus utilisé

• Flèche de l'émetteur : vers l'extérieur (sortante)

• Porteurs majoritaires : Électrons

• Courant IB entrant → contrôle IC entrant

• Plus répandu — plus rapide (mobilité e⁻)

PNP

Complémentaire

• Flèche de l'émetteur : vers l'intérieur (entrante)

• Porteurs majoritaires : Trous (h⁺)

• Courant IB sortant → contrôle IC sortant

• Tensions de polarisation inversées vs NPN

⚠️ Rappel : Dans un PNP, ce sont les TROUS qui sont les porteurs majoritaires du courant

CHAPITRE 3 — TRANSPORT DE CHARGES

Le Régime Actif — Mécanique des Porteurs

Polarisation directe J(E-B) et inverse J(B-C)

L'émetteur injecte des électrons (e⁻) dans la base (jonction E-B polarisée en direct, VBE ≈ 0.7V)

Les électrons traversent la base très fine (porteurs minoritaires dans P)

Quelques électrons se recombinent avec les trous → courant IB (petit)

La majorité (~99%) est accélérée vers le collecteur par le champ de la jonction B-C (polarisée en inverse)

💡 Rôle de la finesse de la Base : si la base est large → recombinaison totale → plus d'amplification. Le transistor ne serait que deux diodes dos à dos.

CHAPITRE 4 — ÉQUATIONS FONDAMENTALES

Caractéristiques Électriques du BJT

Loi des nœuds, gain en courant β et régimes de fonctionnement

Relations entre les Courants

Loi des nœuds

IE = IB + IC

L'émetteur fournit tous les porteurs

Gain en courant β (ou hFE)

IC = β · IB

β typiquement entre 50 et 500

α = IC / IE ≈ 0.95 à 0.999

Relation α — β

β = α / (1 - α)

Caractéristiques de sortie IC = f(VCE) pour différents IB

BLOCAGE

VBE < 0.6V, IB = 0, IC ≈ 0 → interrupteur ouvert

LINÉAIRE (AMPLIFICATION)

IC = β · IB → commande proportionnelle

SATURATION

VCE < 0.2V, IC max → interrupteur fermé

CHAPITRE 5 — APPLICATIONS

Le BJT en Ingénierie

Deux grands domaines d'application : logique numérique et traitement analogique

Transistor comme Interrupteur

Deux états : BLOQUÉ (OFF) / SATURÉ (ON)

Commande de relais, moteurs, LEDs

Fondement de la logique binaire (0 / 1)

TTL logic — technologies historiques

Temps de commutation : nanosecondes

Transistor comme Amplificateur

Régime linéaire : IC = β · IB

Amplification de signal audio, RF

Gain en tension Av = -RC/re

Montages : émetteur commun, base commune...

Traitement du signal analogique

Analogie hydraulique : La base = robinet qui contrôle un débit d'eau (IC) bien plus important entre l'émetteur et le collecteur

CHAPITRE 6 — CONCLUSION

BJT vs MOSFET — L'Évolution vers le Nanoscale

Miniaturisation, intégration et défis thermiques

BJT : Forces & Limites

Gain en courant élevé (β >> 1)

Excellent en haute fréquence (RF)

Faible bruit — circuits audio/RF

Amplification linéaire précise

Courant de base IB ≠ 0 (commande en courant)

Dissipation thermique plus élevée

Densité d'intégration limitée vs MOSFET

MOSFET : La Révolution

Commande en tension (IG ≈ 0)

Densité d'intégration extrême → milliards/puce

Loi de Moore : doublement tous les 2 ans

Nœuds sub-nanométrique : 3nm, 2nm...

Défi : effets quantiques à l'échelle atomique

Défi : dissipation thermique (puissance/surface)

Le BJT reste incontournable en radiofréquence, amplification analogique de précision et dans les circuits de puissance. Le MOSFET domine la logique numérique et les microprocesseurs. Les deux coexistent dans l'électronique moderne.

Fin du cours — Questions ?