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Quelques révisions sur les transistors - part 2

En complément de la première partie plus théorique, ce deuxième article ne reprendra que des informations concises.

Brochage
Par convention, la flèche "sort par l'émetteur" pour un transistor NPN et  "rentre à l'émetteur" pour un PNP.

  • E: Émetteur.
    Se raccorde à la source de courant (Négative pour un Npn et Positive pour un Pnp)
  • B: Base.
    Sert à la commande du transistor. Un transistor est un amplificateur en courant.
  • C: Collecteur.
    Broche sur laquelle se connecte la Charge (par exemple un relai ou un moteur). 
Le brochage sur le composant est fournit par le constructeur sur la datasheets.
En général, cela ressemble à cela:


Montages de base
Montage NPN
Les montages NPN sont les plus répandus.
Le calcul des différents éléments est bien décrit dans l'article  "Le transistor bipolaire en commutation" (voir l'exemple du relai).
 
Montage NPN
Suivant la loi des mailles, Ve = R1 * Ib + Vbe.
Soit  Vbe = 0.7v (tension de jonction) et la tension de commande désirée = 5v (Ve=5v).
Cela donne 5 = R1 * Ib + 0.7 et donc R1 = (5 - 0.7) / Ib.
Comme Ic est généralement connu en montage de commutation, il est possible de déterminer Ib à l'aide du gain (Ib = Ic / Beta).
Il est donc possible de déterminer assez facilement R1. 

NPN: Sens des courants et tensions
source: Xizard
Montage PNP
Montage complémentaire du NPN, Le montage PNP est beaucoup moins souvent utilisé (a l'exception d'amplification audio ou Pont H).
Montage PNP
Attention à la loi des mailles dans ce cas, la tension de saturation doit toujours être de 0.7v pour Vbe (qui se trouve au dessus de Ve dans le graphique).
Ainsi donc, il faut appliquer la loi des mailles comme suit:
Vcc = Ve + R2 * Ib + Vce.
Comme dans le cas précédent fixons les données, soit Vcc=12v et Ve souhaité = 5v, Vce = 0.7v (standard).
12 = 5 + R2 * Ib + 0.7
Et donc, R2 = (12-5-0.7)/Ib ... Ib qui est déterminable comme dans l'exemple précédent. 
PNP: Sens des courants et tensions
source: Xizard

Caractéristiques de base
Ic=Ie
Comme Ic est beaucoup plus grand que Ib et que l'on fait de la commutation pour brancher un relai ou activer un moteur, Ib est de 50 à 200 fois plus petit que Ic.
On peut donc négliger son implication (nb: ce ne serait pas le cas en fréquence ou en circuit audio)
Généralement, on peut considérer que Ic = Ie.

Le gain = 200
Le gain (signe Beta ou noté hFe) est généralement de 200 mais varie en fonction de transistor.  Plus le transistor est gros (en puissance) et moins le gain est élevé.
Le gain est la valeur par laquelle le courant de base est amplifié.

Relation Ic et Ib
Pour résumer fortement (un peu trop même), le courant au collecteur (courant de charge) est le courant de base Ib multiplié par le gain.
Ic = Beta * Ib.
Ainsi donc, si l'on connait le gain et Ic (ce qui est généralement le cas), il sera possible de déterminé Ib (et donc la résistance de commande nécessaire).

Vbe = 0.7v
La tension de la jonction Base-Emetteur est celle d'une diode (soit 0.6 volts).
Pour saturer le transistor (et faire de la commutation) il faut appliquer une tension Vbe = 0.7 volts  (le maximum étant généralement 1 volt).
Note:
Pour les transistors de puissante du type Darlington, la tension Vbe varie entre  1.2 et 1.4v. Cela est dut à l'assemblage interne même du Darlington. 

Vce_Sat = 0.2v
Lorsque le transistor est saturé en commutation, la chute de tension aux bornes du transistor (Vce) est à son minimum. Cette chute de tension est alors appelée Vce_sat.
Vce-Sat est en général de l'ordre de 0.2 volts mais peu atteindre le volt pour certains modèles.

Etat Bloqué - état passant
Dans le montage ci-contre;
Lorsque le transistor est bloqué:
1) Aucun courant ne passe dans la jonction C-E (Ic=Ie=0).
2) La tension aux bornes du relai = 0v
3) La tension aux bornes du transistor Vce = Vcc !

Lorsque le transistor est passant (saturé):
1) La tension appliquée à la base Vbe (via Ve + R1)  ~= 0.7v (ou un peu plus).
2) La tension aux bornes du transistor Vce = Vce_sat (~0.2 volts)
3) La tension aux bornes du relai vaut presque Vcc. Plus exactement, elle vaut Vcc+Vce_sat.

Variation de tension avec Ic
La chute de tension aux bornes du transistor (Vce) varie en fonction de la charge.
Si la charge augmente => Ic augmente.
Si Ic augmente => Vce augmente (chute de tension aux bornes du transistor).
Si Vce augmente => la tension au bornes du moteur/relai diminue (Vcc - Vce).

Ce phénomène est difficile à constater avec un relai car la charge reste constante durant son fonctionnement.
Par contre, la chute de tension se constate beaucoup plus aisément si l'on utilise des petits moteurs DC.
En effet, en essayant de le freine, on augmente la charge sur le moteur.
Il est aisé de constater l'augmentation du courant consommé et la chute de tension aux bornes du moteur.

Montages de transistor par l'exemple