LE TRANSISTOR
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( CARACTÉRISTIQUES PRINCIPALES)
( COMMENT CONTRÔLER UN TRANSISTOR )
( LE TRANSISTOR EN COMMUTATEUR )
Avant d'utiliser le transistor , composant de base des circuits électroniques ,il est indispensable de bien le connaître .
Le transistor est d'abord un amplificateur de signal dont le fonctionnement peut s'expliqué simplement . Il ne possède que 3 connexions (ÉMETTEUR BASE COLLECTEUR ) mai avant sa mis sous tension NPN ou PNP et sur ces caractéristiques Vce maxi - Ic maxi - Pc maxi ,gain )
les quelque manipulations proposés permettrons non seulement de mieux le connaître , mais aiderons éventuellement à contrôler son bon fonctionnement .Une autre application très courante est son emploi en interrupteur , pour commuter des intensités élevée a partir de tension ou de courant extrêmement faibles provenant d'un transducteur électronique . Il existe deux grande classe de transistor les bipolaire (PNP et NPN) et ceux a effet de champ(J-FET et MOS-FET) .
Une diode semi- conductrice est composée essentiellement d'une jonction PN , c'est à dire de deux blocs de semi-conducteur ,l'un étant du type N et l'autre du type P .Le premier possède un surplus de charges négatives , autrement dit d'électrons libres . L'autre bloc est considéré comme positif à cause de son manque d'électrons . Pour que cette diode soit passante , il suffit d'appliquer sur le bloc P une tension qui soit positive par rapport au bloc N . Ceci à pour effet le passage des électrons libres à travers la jonction de la diode fig(1)
Fig (1)
Le transistor est composé de deux jonctions PN l'une normalement passante ,l'autre bloquée de telle manière que l'ensemble peut être représenté par deux diodes en série alimentées par des tensions dont les polarités sont celle de la figure (2)
Fig (2)
Ces deux diodes peuvent aussi être dessinée s sous la forme d'un ensemble de trois blocs dénommé émetteur base collecteur alimentés par deux tension Uce et Ube . la jonction PN base-collecteur est bloquée puisque la tension d'alimentation Uce est plus élevée que Ube , le collecteur ce trouvant ainsi positif par rapport a la base figure (3)
fig (3)
Il faut remarquer que le bloc P , pris en sandwich entre les deux autre et beaucoup plus mince . D'autre part , le bloc N <<metteur>> à subit , l'or de la fabrication du transistor un dopage beaucoup plus fort que l'autre bloc N et de ce fait , présente une quantité beaucoup plus grande d'électron libres.
Lorsque le contact C est ouvert , aucun courant ne passe dans le transistor , la jonction du haut est bloquée et est équivalente à un circuit ouvert . En appliquant une tension + Ube ( contact C fermé ) légèrement supérieure à la tension de seuil de la diode (0.7V) , un courant traverse la jonction base-émetteur : les électrons de l'émetteur sont attirées par le potentiel positif de Ube .
L'épaisseur de la base étant mince (50 microns) ,les électrons arrivant dans cette zone sont attirés par le potentiel positif de la tension Uce , beaucoup plus élevé que la tension appliqué sur la base . Et , bien que la jonction base-collecteur soit toujours bloquée , les électrons font le saut de cette jonction et un courant est détecter par le milliampèremètre . le fait que le courant traverse cette jonction s'appelle <<effet transistor>>. Supposons que sur 100 électrons injectés par l'&metteur ,99 atteignent le collecteur , un seul électron sortira de la base pour ce diriger vers le pole << plus >> de la tension Veb . Parlons maintenant << courant>> .Si Ie est égal a 100 mA ,le courant de base Ib est de 1 mA et courant collecteur Ic est égal a 99mA , comme cela est indiqué figure (4)
fig (4)
Les flèches indiquent le sens conventionnel du courant , qui est le sens contraire de celui du déplacement des électrons . Le transistor y est représenté sous la forme du schématisée standardisée . Cette représentation rappelle les premiers transistors ,dit << à pointes >> , qui étaient composés d'une << base >> de semi-conducteur sur la-quelle étaient disposées deux électrodes : l'émetteur et le collecteur .Plus tard , ces transistors on été remplacé par des modèles a jonction dont la disposition des électrodes est tout à fait différente .malgré cela le symbole du transistor n'a pas été modifié.
En ce qui concerne le bon fonctionnement d'un transistor , on doit se souvenir que la tension de polarisation appliquée sur la base doit rendre passant l'espace base émetteur .Cette tension et légèrement supérieure à la tension de seuil d'une diode ( 0.7volt pour le silicium et entre 0.1 et 0.3 pour le germanium ) . Pour ce qui est de la tension appliqué au collecteur sa grandeur et sa polarité sont celle de la jonction collecteur-base bloquée . On déduit que la résistance d'entrée d'un transistor est faible (celle d'une diode passante ) et que sa résistance de sortie est élevée
jusque ici nous avons parlé du transistor NPN PNP est un transistor dont la base est du type N et les deux autre électrodes du type P .Ce transistor est équivalent à deux diodes en série comme pou le NPN .mais ces deux diodes sont inversée . La polarités des tension appliquées étant , étant elle aussi inversée ,les jonction base -collecteur et émetteur-base sont toujours respectivement dans l'état bloquées et l'état passant.
Qu 'il soit NPN ou PNP ,le transistor , comme la diode , possèdes des caractéristiques ,qu'il faut connaître certaines valeurs limite ne doivent pas être dépassées . Les quatre caractéristiques principales sont:
- La tension collecteur-émetteur maximale Vce max
-Le courant émetteur maximal Ic max
-Le courant collecteur maxi Pc max
-Le gain de courant B ou lettre grecque bêta ,suivant qu'il s'agit du gain en continu ou en alternatif ou gain Hfe .
Prenons pour exemple le BC 108 ,qui est un transistor très courant . C'est un modèle au silicium ,comme l'indique la lettre B de sont C nous indique que qu'il est destiné au application basse fréquence , et 108 son numéro d'ordre
Quelle sont ces caractéristiques principales ? sa tension Vce max est de 20V,ce qui signifie que la tension d'alimentation du montage dans lequel il sera insérer ne doit , en aucun cas dépasser cette valeur . Son courant Ic max est 100 mA , sa puissance Pc max est de 0.25 W . Le gain de courant du BC108 peut varier de 125 à 900 .Ce transistor est trié en gain par le constructeur , et on trouve dans le commerce des BC108A, BC108B ,BC108C. suivant la valeur du gain de courant de ceux-ci .La lettre finale A désigne un gain en courant compris entre 125 et 260 ,la lettre B un gain entre 240 et 50 et la C lettre un gain entre 450 et 900.
Un transistor NPN a des caractéristiques qui se rapprochent beaucoup du BC108 , c'est le BC178 , qui peut être considéré comme son équivalent en PNP . Ces deux transistors sont en capsulés dans des boitier TO-18 , dont les caractéristique son données fig 6
fig (6)
Passons maintenant à l'expérimentation , nous aurons besoin que d'un transistor BC108 d'une ou deux piles 4.5V pour l'alimentation est de quelques résistance de faible wattage . Le choix du BC108 n'est pas obligatoire , le choix des petits signaux étant considérable . Il existe des transistors dont le prix ne dépasse les 0.2 euro comme le BC237 (A-B ou C ) dont les caractéristiques sont proches du BC108 . Le boîtier de ce modèle est en plastique , et la disposition de sorties des broches émetteur base collecteur est la même que pour le BC108 . Le premier montage proposé est représenté par la figure 7
fig(7)
Le même montage , avec la représentation des composants réel est donné figure 8
fig(8)
Pour plus de commodité on utilisera une plaque de connexion .Il s'agit d'une planche de câblage instantané permettant de réaliser sans soudure l'assemblage des composants aussi bien pour un montage simple ,comme celui d'aujourd'hui , que pour un montage plus compliqué ,employant par exemple des circuits intégrés . Cette planche de câblage vous sera toujours très utile , car elle est réutilisable a l'infini , son seul inconvénient est son prix est son pris d'achat , Mais vous ne regretterez pas d'avoir fait son acquisition . Revenons à notre montage .Les deux tensions Ube et Uce peuvent provenir d'une seule source de tension ,et d'ores et déjà nous pouvons qu'une seule pile U pour alimenter le collecteur et la basse .Le schéma théorique est donné sur la figure 9
fig (9)
et le schéma pratique sur la figure 10
fig (10)
Le rôle de la résistance R reliée à la base est de polariser la jonction base-émetteur et définir une valeur de IB en changeant la valeur de R ,on modifie le courant de base est on recueille dans le circuit collecteur un courant IB multiplié par le gain du transistor .
Choisissons IB . L a résistance R est calculée par loi d'Ohm : tension aux bornes de R divisée par le courant dans R . La tension aux bornes est celle de la pile est de (4.5V) moins la chute de tension dans la jonction (0.7V°).. .Le courant R est de 0.1mA , ce qui donne pour R la valeur de 45kS
En insérant une résistance normalisée de 47 kOhm nous lissons sur le contrôleur un certain courant Ic . Notre transistor , un BC108 nous donne un Ic de 13 mA .le gain du transistor est égal au rapport courant collecteur sur courant base , soit
Pour plus de précision nous pouvons mesurer la tension aux bornes de R est mesurer également la valeur de R toujours avec le même contrôleur , mais commuté en en ohmmètre , ainsi nous aurons la valeur exacte de IB , puis celle du gain , nous savons que le gain d'un BC108A ce situe entre 125 et 260 .En remplacent la 47K Ohms par une résistance de valeur proche , mettons 56 kOhms ,nous obtenons un IC différent . En calculant le gain pour ce nouveaux Ic nous obtiendrons forcément pas la même valeur de gain que tout à l'heure . En effet le gain d'un transistor n'est pas constant , mais il varie en fonction du courant Ic .Il est maximal pour un courant compris entre 10 mA et 20 mA dans le cas du BC108 (voir figure 11)
fig (11)
Il faut faire la distinction entre le gain est le courant alternatif . L e premier est désigné par la lettre B ou Hfe ,est celui que nous venons de mesurer . C'est un rapport de deux courants continus .Le gain de courant alternatif ou gain dynamique , est désigné par la lettre Bêta ou Hfe , est un rapport de deux variations du courants
COMMENT CONTRÔLER UN TRANSISTOR
Avec ces premières expériences , nous constatons que le transistor est un amplificateur de courant . Nous voyons aussi que le procédé pour la mesure pour la mesure du gain est relativement facile . Le contrôle de l'état d'un transistor (bon ou mauvais )s'effectue également avec le montage de la figure 9 .un transistor défectueux peut avoir ses jonctions plus ou moins en court-circuit laissant passer un courant Ic sans qu'il y ait pour cela une amplification .Il existe un moyen de contrôle qui consiste à court-circuiter ,avec un petit bout de fil conducteur la base et l'émetteur .Le courant de base est alors nul , il doit entraîner la suppression du courant de collecteur .Un autre contrôle peut être effectué facilement c'est l'état des jonctions émetteur-base et base-collecteur .
pour la jonction base émetteur ,il suffit de la mettre en série avec une pile de 4.5V , le contrôleur branché en mesure d'intensité avec une résistance limitant le courant (figure 12)
fig (12)
Le constructeur du BC108 conseille de base max de 200mA .Nous calculerons la résistance série pour qu'elle ne laisse passer que 40 mA ce qui donne une valeur 100 Ohms environ .Le contrôleur doit indiquer un courant de quelques milliampères (10 à 40 mA ) .Pour nous assurer que l'espace base-émetteur ne présente pas une simple résistance , mais qu'elle est équivalente à une diode , on inversera la polarité de la pile ( et aussi celle du milliampèremètre pour plus de sécurité ) . Jonction émetteur-base est bonne si ,dans ce cas , le contrôleur n'indique aucun courant .
Le contrôle de la jonction collecteur-base de façon identique , il suffit de déconnecter de l'émetteur et de le brancher sur le collecteur figure 13
fig (13)
La constatation doit être la même pour la jonction base-émetteur , le courant ne doit passer que dans un sens . On gardera la même valeur pour R ,le courant Ic , à ne pas dépasser étant de 100mA.
Il est évident que pour le contrôle d'une jonction , il est toujours indispensable de faire deux tests , le deuxième étant l'inversion de la tension appliquée . Si dans les deux cas nous avons un courant il y a un court-circuit plus ou moins franc . Si le courant est nul dans les deux cas la jonction est coupée .
Avec les multimètres actuels pas besoin de faire toute ses manips il suffit de placer les broches de ce dernier dans connecteurs qui sont repérée sur la façade , et on obtient de suite le résulta . Si le gain s'affiche le transistor est en état de fonctionner , dans le cas contraire c'est la poubelle .
TRANSISTOR UTILISE EN COMMUTATION
Le transistor est souvent employé en commutation . Il est comparable à un interrupteur pouvant couper un courant relativement élevé Ic . la commande de cet interrupteur se faisant par un courant relativement faible IB .Utilisé de cette façon , le transistor peut remplacer un relais électromagnétique . Le schéma de principe est donné figure 14
fig (14)
L'interrupteur proprement dit est constitué par l'espace collecteur-émetteur du transistor . Il ne peut couper qu'un courant inférieur au courant Ic max . Le courant IB ,quant à lui doit être au moins égal , pour fermer l'interrupteur , au courant du collecteur divisé par le gain du transistor. lorsque que le courant de base est nul (contact C ouvert ) l'espace collecteur émetteur est considéré comme un circuit ouvert (transistor bloqué ) En fermant le constat C , il y a existence d'un courant IB qui fait apparaître dans circuit collecteur un courant Ic égal a IB multiplier par le gain en courant (b ou hfe) du transistor
Si le transistor était parfait , il présenterai entre collecteur et émetteur , une résistance infinie lorsqu'il est bloqué est une résistance nulle lorsqu'il est saturé .il existe des modèle spéciaux de transistor pour la commutation . Citons le 2N3055 ayant un Vce max de 60V et pouvant supporter un courant Ic de 15 A. Sa puissance Pc max (avec un radiateur est de 115 W ) et son gain de courant est faible (de 20 a 70 ). Il peut être précéder par un autre transistor de gain plus élevé . Comme un autre NPN , un modèle courant le 2N1711 ( 50 v 500 mA ) , 3 W avec un radiateur , son gain va de 100 à 300 et son boîtier est un TO-39 qui ressemble au TO-18 , son diamètre étant de 8.5 mm au lieu de 4.8 mm . L'équivalent du 2N1711 en PNP est le 2N2905 .
Pour le circuit de démonstration du transistor de commutation ( figure 14 ) un transistor BC108 fera l'affaire . Hfe=130 ) , nous calculons IB .
puis la résistance R , soit 12.6 Ohms Pou être sur d'avoir un courant de commande suffisant , nous choisirons un résistance un peut plus faible soit 10 KOhms
REMARQUES PRATIQUES