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LE TRANSISTOR

Voici les différents chapitres cliquez dessus pour y accéder

( DIODES ET TRANSISTOR )

( PNP ET NPN )

 ( CARACTÉRISTIQUES PRINCIPALES)    

( LES MANIPS )    

( 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) . 

DIODES ET TRANSISTORS

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 <<metteur>> à subit  , l'or de la fabrication du transistor un dopage beaucoup plus fort que l'autre bloc 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

PNP et NPN

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.

CARACTÉRISTIQUES PRINCIPALES

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 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)

PREMIÈRES  MANIPS

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 I en changeant la valeur de  R ,on modifie le courant de base est on recueille dans le circuit collecteur un courant I multiplié par le gain du transistor .

Choisissons I. 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 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 I , 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 I ,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 , il y a existence d'un courant I 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 

 

 

 

 

 

 

 

 

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