Le transistor bipolaire en commutation.

• Introduction

• Nous allons maintenant etudier le transistor en commutation. C'est à dire qu'il ne peut prendre que deux etats: bloqué ou saturé. Il faut savoir que ce mode de fonctionnement est le plus courant.

• On peut assimiler le transistor à un interrupteur commandé electriquement. La commande etant la base, et l'interrupteur etant entre le collecteur et l'emetteur.

  ~ Ainsi pour un transistor NPN, lorsque Vbe = 0, le transistor est bloque. Ca signifie que Ic = Ie = 0, et Vce est quelconque positif (Inferieur à Vce_max tout de meme, sinon le transistor grille). La valeur de Vce depend du montage, nous en reparlerons dans l'exemple ci dessous. ~ Et lorsque Vbe = 0.7V (tension de seuil de la diode base emetteur), le transistor est passant. Pour qu'il soit saturé, on a vu qu'il fallait que Ib > Ic/ß Ca signifie que Vce = Vce_sat = 0.2V pour un transistor de faible puissance. Le courant peut alors circuler dans le transistor du collecteur vers l'emetteur. Ce qu'il faut bien voir c'est que le transistor se comporte comme un interrupteur, c'est à dire que si "vous ne vous en servez pas", Ic et Vce vaudront 0.

  ~ Pour le transistor PNP, c'est exactement le meme principe: ~ Lorsque Veb = 0, le transistor est bloqué, on a Vec quelconque, et Ic = Ie = 0 ~ Lorsque Veb = 0.7V (donc Ib > 0), alors Vec = Vec_sat et 0 <= Ic = Ie < ß x Ib.

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• Etude d'un exemple: commande d'un relais à partir d'un signal logique

• Le but est de commander un relais à l'aide d'une porte logique, d'une sortie du port parallele, .... On ne peut pas brancher directement le relais sur cette sortie, car il consomme trop de courant. Il faut donc mettre un transistor qui va servir d'interrupteur commandé electriquement. (certains dirons que le transistor amplifie le courant de sortie de la porte logique; mais je n'aime pas cette explication, car en fait il se contente de laisser passer un fort courant (qui vient de l'alimentation, et non de la porte logique) entre son collecteur et son emetteur lorsqu'on lui envoie un petit courant sur la base).

• On va calculer la valeur de R. Notez que cette résistance est obligatoire. En effet, la jonction base - emetteur se comporte comme une diode. C'est à dire que Vbe_max = 0.7V environ. Sans cette resistance, on forcerait Vbe à 5V, ce qui aurait pour effet de griller le transistor et/ou la sortie de la porte logique.

• Voici le schema que nous allons etudier.
  

• Donnees:
  ~ T: transistor NPN, ß = 200, Vce_sat = 0.2V, Vbe_sat = 0.7V, Vce_max = 45V
  ~ REL: relais, Rrel = 310 Ohms, relais prevu pour etre alimente en 12V
  ~ D: diode de roue libre. Cette diode sert uniquement à proteger le transistor lorsqu'on le bloque (supprime le pic de tension du au relais).
  ~ R: ce qu'on cherche.
  ~ Vcc = +12V
  ~ Ve vaut 0 ou 5V. Lorsque Ve = 0, on veut que le relais ne soit pas alimenté (soit Urel = 0), et lorsque Ve = 5V, on veut que le relais soit alimenté (soit Urel = 12V environ).

• Résolution du probleme:

• On commence par verifier pour Ve = 0:
  ~ Si Ve = 0, alors Vbe = 0, et Ib = 0 (la "diode" base emetteur est bloquee).
  Donc le transistor est bloque, Ic = Ie = 0. Donc Urel = Rel x Ic = 310 x 0 = 0.
  ~ On a bien obtenu ce qu'on voulait.
  ~ Remarque, dans ce cas la, Vce = Vcc = 12V. (c'est bien inferieur à Vce_max)

• On fait le calcul de R pour Ve = 5V:
  ~ Calcul de Ic:
  On a Vcc = Vce + Urel
  Or il faut que le transistor soit saturé. Donc Vce = Vce_sat. D'autre part, Urel = Rrel x Ic
  Donc Vcc = Vce_sat + Rrel x Ic
  Soit Ic = (Vcc - Vce_sat) / Rrel = (12 - 0.2) / 310 = 0.038A
  
  ~ Calcul de Ib_min:
  Ib_min = Ic / ß = 0.038 / 200 = 0.19mA (= 0.00019A)
  
  ~ On prend un coefficient de sécurité de 1.5 pour etre sur que le transistor sera bien saturé:
  Donc Ib_sat = Ib_min x 1.5 = 0.28mA
  
  ~ Enfin, calcul de R
  Il faut se souvenir que la jonction base emetteur se comporte comme une diode (voir cours sur les diodes).
  On a Ve = Ur + Vbe. Or Vbe = Vbe_sat = 0.7V (diode).
  Donc Ve = R x Ib_sat + Vbe_sat
  Soit R = (Ve - Vbe_sat) / Ib_sat = (5 - 0.7) / 0.00028 = 15062 Ohms = 15kOhms

• Résumé:
  ~ On a donc réalisé un "interrupteur" commandé electriquement:
  ~ Lorsque Ve = 0, le transistor est bloqué, et le relais n'est pas alimenté.
  ~ Lorsque Ve = 5V, Ib est un "petit" courant de commande, qui laisse passer un "grand" courant entre le colleteur et l'emetteur. Le relais est alimenté.

• Remarque:
  ~ le calcul serait identique pour une LED à la place du relais. On aurait Iled = Ic = 0.025A par exemple (ca depend de l'eclairage qu'on veut). Il faudrait simplement faire attention de mettre une résistance en série avec cette LED, car sinon elle serait alimentée en 12V comme le relais. (Calcul de cette resistance: Rled = (Vcc - Vce_sat - Uled) / Iled = (12 - 0.2 - 2) / 0.025 = 390 Ohms par exemple. (Uled = 2V pour une LED verte)).
  ~ Autre chose: Il faut bien comprendre que le fait d'augmenter Ib lorsque le transistor est saturé ne change pas Ic. En effet, Vce ne peut pas descendre en dessous de Vce_sat, donc Ic ne change plus.

• Nous allons maintenant voir si vous avez bien tout compris!

  • Il suffit que vous remplissiez ce formulaire. Pour la correction, voyez plus bas.

  • Pour tous les exercices, on suppose que les valeurs des resistances sont bien calculées (que ce soit pour allumer une LED ou saturer un transistor).
    On désigne les tensions aux bornes des composants par des noms logiques. Par exemple Ur1 pour la tension positive au bornes de la resistance R1.
    Aucun des exercice ne nécessite de calcul, il sagit seulement de raisoner!
    Bon courage!

  • Schema n°1

    Les transistors PNP c'est génial! Vous devez dire si la LED s'allume ou non et si le transistor est bloqué ou saturé, suivant la valeur de Ve. Remarque: Vcc = +12V.

    Sachant que Ve=V La LED est allumée et le transistor bloqué La LED est allumée et le transistor saturé La LED est eteinte et le transistor bloqué La LED est eteinte et le transistor saturé

    correction:

    Schema n°2

    Voici un petit schéma pour bien assimiler quand les transistors sont passants ou bloqués. Rappel: Vec_sat = 0.2V et Veb_sat = 0.7V

    La diode LED est: Eteinte Allumée

    correction:

    Schema n°3

    Ce montage avec les 4 transistors s'appelle un pont en H. Il permet par exemple d'alimenter dans les deux sens un moteur. Ici, vous devez determiner quelle(s) LED(s) s'allume(nt).

    On n'appuye sur aucun interrupteur. LED1 allumée LED2 allumée	On appuye sur I1 LED1 allumée LED2 allumée	On appuye sur I2 LED1 allumée LED2 allumée
    correction:

    Schema n°4

    Petit complement: T1 et T2 constituent un montage darlington. C'est equivalent à un transistor dont le gain vaut ß1 x ß2, et dont Vbe_sat = 1.2V On met le montage sous tension, et on suppose que le condensateur est initialement déchargé. Dite ce qu'il se passe. (la lampe est une lampe 12V tout ce qu'il y a de plus classique).

    La lampe: S'allume immédiatement S'allume apres un moment S'allume immédiatement puis s'eteint Ne s'allume pas

    correction:

• Avertissement:
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