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. |
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. |
Avertissement:Toutes
ces informations sont données a titre indicatif, et nous ne
pourrons en aucun cas etre tenus pour responsables en cas d'erreur
Ecrivez nous: xizard@enib.fr et rbourdon@enib.fr